Questões de Concurso Sobre gravitação universal em física

Considere dois satélites artificiais em órbitas circulares em torno da Terra: o satélite (I) em uma órbita de raio R, e o satélite (II), em uma órbita de raio 4R.
Sendo assim, enquanto o satélite (II) dá uma volta completa em torno da Terra, o número de voltas completas que o satélite (I) dá em torno da Terra é igual a

   A balança de torção de Cavendish é usada para determinar o valor da constante gravitacional. Ela consiste de duas esferas pequenas de mesma massa (m) fixadas em posições diametralmente opostas a uma haste leve e rígida no formato de T invertido. A haste é sustentada verticalmente por um fio, o que permite a rotação da haste em torno de seu eixo longitudinal, que também é um eixo de simetria. Quando duas outras esferas maiores de massa M são aproximadas das esferas menores, é observada uma pequena torção na balança. O ângulo de torção é medido com o auxílio de um sistema composto por um feixe de laser e um espelho fixado ao eixo vertical da haste, assim como ilustrado na figura abaixo. Se necessário considere G = 6,67 x 10^-11 N.m²/kg², adote a aproximação: 6,67 = 20/3


Figura: Diagrama da balança de Cavendish descrita. Fonte: wikipedia commons.
Suponha que a massa das esferas maiores seja M = 2kg  e das esferas menores seja m = 10g, que o comprimento do braço horizontal da haste seja L = 40,0 cm e que a distância de afastamento entre os centros de massa das esfera pequenas e grandes seja r = 2,0cm. Assinale a alternativa que apresenta o torque resultante sobre o sistema composto pela haste e as esferas pequenas, em relação ao eixo de rotação da balança.

Considerando para a aceleração da gravidade o valor de aproximadamente 9,8 m/s² , que a largura da calha é cerca de 10 vezes menor que o diâmetro da esfera e que o centro de massa desloca verticalmente 35 cm na calha e depois mais 1,0 m após o lançamento horizontal, assinale a alternativa que apresenta o valor que melhor se aproxima do alcance (deslocamento horizontal após o lançamento, em relação ao ponto que a esfera deixa de ter contato com o aparato).

Você está sob a superfície da Terra, na linha do equador, quando vê exatamente acima de sua cabeça um satélite que se move de oeste para leste - o mesmo sentido de rotação da terra. O mesmo satélite está sob sua cabeça após 8h. Se w, g e R são, respectivamente, a velocidade angular de rotação, a aceleração da gravidade na superfície e o raio da Terra, assinale a alternativa que apresenta qual a distância do satélite ao ponto em que você se encontra, no momento em que ele está sob sua cabeça.

imagem abaixo (Figura 1a e 1b) ilustra dois diferentes modelos para o movimento planetário. A Figura (a) é uma representação da movimentação de Marte e da Terra em um modelo Heliocêntrico genérico, no qual o Sol (S), se encontra parado em um ponto central das trajetórias circulares descritas pelos planetas. As posições ocupadas por Marte e Terra no decorrer de seus movimentos são indicadas por Mi e T_i (onde i = 1,2,3,…), respectivamente. A figura (b) ilustra o movimento de Marte de acordo com o modelo Geocêntrico de Ptolomeu. Nele, a Terra (T) ocupa uma posição central, o Sol (S) orbita ao seu redor e Marte (M) realiza movimentos circulares ao redor de um ponto fictício que orbita ao redor da Terra. 



Figura: (a) Modelo Heliocêntrico e (b) Modelo Geocêntrico de Ptolomeu. Fonte: Adaptada de Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 44, 2022.

Considerando os modelos Heliocêntrico e Geocêntrico, assinale a alternativa correta.

Estimativas sugerem que o universo observável atual tem massa e diâmetro respectivamente da ordem de 1,5x10⁵³ kg e 90 bilhões de anos-luz. Considerando as informações apresentadas no texto, e que o universo observável fosse um corpo esférico tridimensional usual, e que as constantes universais da gravitação e da velocidade da luz fossem as mesmas considerado que ele fosse observado “do lado de fora”, analise as afirmativas abaixo.

I. O raio de Schwarzschild do universo observável seria da ordem de 2,2x10²⁶ m.
II. Se o universo observável tivesse um terço do seu tamanho atual, considerando o tamanho como seu raio, ele já seria menor que o raio de Schwarzschild que se poderia atribuir a ele.
III. Se o universo observável estivesse contido no raio de Schwarzschild sua densidade, assumida como a proporção entre massa e volume, seria menor do que o ultra alto vácuo produzido em laboratório que tem densidade da ordem de 10^-25 kg/m³ .

Estão corretas as afirmativas: 

Considerando objetos massivos esféricos que tenham o seu raio definido pelo raio de Schwarzschild, e a definição de densidade como a proporção entre massa e volume em objetos comuns, analise as afirmativas abaixo.

I. A densidade, é inversamente proporcional ao quadrado de sua massa.
II. Quanto maior a sua massa menor será sua densidade.
III. Para dois buracos negros, será mais denso aquele com maior massa.
Estão corretas as afirmativas:

Leia o texto abaixo:
A aceleração da gravidade foi medida no Departamento de Física da UFMG, no dia 29 de julho de 1981, uma quarta-feira, no local onde hoje se situa o Auditório 4, e que na época era parte de um grande espaço destinado a aulas práticas de Física Geral.
A medição foi realizada pelo técnico João Gualda, da Coordenadoria de Geofísica do Observatório Nacional (ON), RJ, dentro do programa de estabelecimento da Rede Gravimétrica Fundamental Brasileira. Acompanharam a operação o Prof. Luiz Muniz Barreto, então Diretor do ON, o Prof. Rodrigo Dias Társia do Departamento de Física e o Prof. Domingos S.L. Soares, que na ocasião ministrava uma aula prática de Termodinâmica.
O valor encontrado foi
g = 9,78 38 163(4) m/s².
Para comparação, o valor medido no Aeroporto da Pampulha foi
g = 9,78 38 550(4) m/s².
Os valores obtidos foram corrigidos dos efeitos de marés continentais, segundo informação fornecida pelo técnico que realizou a medida. Semelhantemente aos oceanos, a crosta terrestre sofre deformações, especialmente devido à influência da Lua. As correções obviamente são feitas para o instante da realização da medida. 
Fonte: Disponível em: <http://lilith.fisica.ufmg.br/~dsoares/g/g.htm>
Com base no texto anterior e em seus conhecimentos sobre precisão e incertezas, avalie as seguintes afirmações:
I- Sem a devida indicação dos instrumentos utilizados para essa medição, não é possível deduzir se a medida foi feita por um pêndulo oscilante ou um gravímetro de mola selado à vácuo.
II- As medições no campus da UFMG são exatas em relação às medidas realizadas no aeroporto da Pampulha em 4 milionésimos.
III- Sem conhecer o valor absoluto de g em Belo Horizonte, é impossível afirmar qual dos dois valores de g apresentados é o mais preciso.
IV- Embora o algarismo duvidoso seja na casa decimal 10^–7, ambos valores de g apresentados possuem oito algarismos significativos.
Estão corretas apenas

A matéria “Telescópio James Webb chega ao seu destino, o ponto de Lagrange L2” do site “Inovação Tecnológica” de 25 de janeiro de 2021 traz a seguinte informação.
“O telescópio espacial James Webb chegou ao seu destino final, o ponto de Lagrange Sol-Terra 2 (L2), a 1,488 milhão de quilômetros da Terra. Os pontos de Lagrange são lugares em que as forças de atração gravitacional exercidas por duas massas - neste caso, o Sol e a Terra - cancelam a aceleração centrípeta. Isto cria uma zona mais estável, ideal, portanto, para a colocação de satélites e estações espaciais porque será necessário usar menos combustível para manter uma nave espacial no ponto desejado”.


Do ponto de vista prático - de naves no espaço - os pontos de Lagrange englobam áreas onde a interação gravitacional de dois corpos alcança um equilíbrio relativo.
[Imagem adaptada: Wikimedia/NASA/Xander89]
Assinale a alternativa que apresenta o valor aproximado do campo gravitacional resultante devido à Terra e ao Sol no ponto L2. Considere para a massa do Sol o valor de 2.1030 kg, para a massa da Terra o valor de 6.10²⁴ kg, para a distância Terra-Sol o valor de 150.10⁶ km e para a constante gravitacional o valor de (20/6).10-11 N.m² /kg² .

Duas esferas de massas iguais a m_A = m e m_B = 2m são posicionadas com seus centros sobre os pontos A e B de modo que a distância entre eles seja DAB = d. Uma terceira esfera de massa m_C = 2m, é, então, posicionada com seu centro sobre um ponto C, colinear aos pontos A e B e distante DAC = d/3 do ponto A. Assinale a alternativa correta que descreve a força que atua sobre a esfera localizada no ponto C, em decorrência da interação gravitacional entre esses três corpos.

O experimento de Henry Cavendish (1797) foi utilizado para medir a interação gravitacional entre pares de esferas de chumbo, o que nos permite o cálculo da constante gravitacional G na lei da gravitação universal de Newton. Além de fornecer a densidade da Terra e consequentemente sua massa, proposta inicial do experimento, foi capaz de comprovar a validade da lei de Newton para a gravitação em escalas menores do que as do sistema solar. A Interação gravitacional, que estabelece como certas partículas ou objetos interagem, é uma das quatro interações fundamentais encontradas na natureza. Na interação gravitacional, a Força F entre dois objetos massivos M e m é proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles (r²). Sendo assim, quando a distância inicial entre dois objetos massivos é reduzida à metade, a interação entre eles, que inicialmente era F, passa a ser de 

Assinale a alternativa que indica corretamente, em termos do Raio da Terra (R_Terra), a distância do centro da Terra até um ponto onde a aceleração da gravidade é g/8. 

Considere as afirmações abaixo alteradas a partir do trabalho de Hermano R. de Carvalho e Lucas A. do Nascimento, - “Copérnico e a teoria heliocêntrica: contextualizando os fatos, apresentando as controvérsias e implicações para o ensino das ciências” (RELEA, n.27, p 7, 2019). Analise as afirmativas a seguir e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).
( ) As grandes esferas de cristal encaixadas e girando uma dentro da outra, que são defendidas por Ptolomeu, não são refutadas por Copérnico. A própria teoria de Copérnico consistia apenas numa versão modificada do sistema ptolomaico transpondo os papéis da Terra e do Sol. ( ) Sob o aspecto da matemática e da quantidade de epiciclos que devem ser usados para explicar os movimentos dos corpos celestes Copérnico não constrói uma teoria tão diferente. Seu trabalho possui cálculos complexos e um número de círculos maior que do Almagesto. ( ) O modelo de Copérnico retira toda a complexidade dos movimentos aparentes de retrogressão e progressão observados para os planetas. Consegue atribuí-los completamente à Terra (de onde são observados os planetas) por conta de seu deslocamento em torno do Sol. Com isso, as irregularidades aparentes no céu ganham um modelo universal, e a autoridade do modelo ptolomaico (da astronomia matemática) é superada pela astronomia física. ( ) As navegações e as tentativas de reforma do calendário eram grandes motivações para se querer estudar os corpos celestes na época de Copérnico.


Considerando o modelo copernicano, suas realizações, contexto histórico, e as diferenças com o modelo ptolomaico-aristotélico, assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo. 

A Estação Espacial Internacional (ISS) está a cerca de 400 km de altura, e são populares os vídeos que mostram o cotidiano dos astronautas em gravidade zero. O raio da terra é de cerca de 6400 km.
Assinale a alternativa que apresenta a expressão correta para o valor do campo gravitacional terrestre a uma altura igual a da ISS (g’) em relação ao valor da gravidade na superfície do planeta (g).