Questões Militares Comentadas sobre gravitação universal em física

A saída, ou escape, de uma nave do campo gravitacional de um planeta depende de alguns fatores, tais como a massa do planeta e a distância do local de partida ao centro do planeta, de raio superficial R, por exemplo. Considerando v a velocidade de escape da nave a partir da superfície terrestre e v’ a velocidade de escape desta nave da superfície de outro planeta, cuja massa é igual a quarta parte da massa da Terra e cujo raio superficial é a metade do raio terrestre, a relação entre v’ e v deve ser:

Na Ciência da Natureza como a Física, se faz distinção entre princípio e lei. Princípio é uma proposição tomada como verdadeira desde o início. Um princípio tem o mesmo papel que um postulado na Matemática. Não pode ser verificado de modo direto pela experimentação, mas apenas indiretamente, pela concordância de suas consequências com os fatos observados. Pode-se dizer, nesse sentido, que um princípio não é consequência da experimentação, mas que se sustenta pela experimentação. O princípio de conservação da energia, por exemplo, sempre que parece ter sido violado, uma nova forma de energia é descoberta. Em outras palavras, supõe-se que o princípio seja verdadeiro, e parte-se para a busca de uma nova forma de energia. Por outro lado, lei é uma proposição que enuncia uma relação entre os valores das grandezas que aparecem na descrição de um fenômeno. Essa relação pode ser verificada experimentalmente de modo direto. Por exemplo, a lei de Hooke, que estabelece a proporcionalidade entre a elongação de uma mola e o módulo da força de restituição que ela exerce. Pode-se verificar experimentalmente se uma dada mola segue essa lei, e até que ponto isso acontece. A Física é um vasto conjunto de conhecimentos em permanente construção e transformação. Com base em princípios e leis, constrói-se modelos que, validados por experimentos e simulações computacionais, permitem compreender e lidar com a tecnologia e com os fenômenos naturais em todas as escalas, do infinitesimalmente pequeno no interior dos átomos, ao infinitamente grande na imensidão do Universo.
Disponível em: https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/20/principios-e-leis/. Acesso em: 13 de outubro de 2022. (Adaptado).

Tendo esse contexto em vista, considere a afirmativa a seguir:
“O quadrado do período de translação de cada planeta em torno do Sol é proporcional ao cubo do raio médio da respectiva órbita.”
Nesse sentido, é CORRETO afirmar que essa afirmativa se refere:

As massas e os raios das trajetórias circulares de quatro satélites (A, B, C e D) que realizam movimento circular uniforme em torno de um planeta, de acordo com a Lei da Gravitação Universal de Newton, estão descritos na tabela a seguir



Os raios das trajetórias dos satélites são definidos como sendo a distância entre o centro do planeta e o respectivo centro de massa do satélite.
Assinale, entre as alternativas, aquela que indica corretamente o satélite com a maior velocidade tangencial.

A figura ao lado apresenta o comportamento gráfico da posição x em função do tempo t para os objetos A (linha cheia) e B (linha tracejada), que se movem ao longo de duas pistas retas, paralelas e de origens coincidentes.
Considerando os dados apresentados no enunciado e no gráfico, considere as seguintes afirmativas:

1. O objeto A tem uma velocidade constante, de módulo v = 2 m/s.
2. Os objetos se encontram no instante t = 15 s.
3. O objeto B está parado.
4. O objeto A inicia o movimento em x₀ = 0 m.

Assinale a alternativa correta. 

Kepler – 62e é um exoplaneta localizado na constelação de Lyra, a cerca de 1200 anos – luz da Terra, na zona habitável de uma estrela parecida com o Sol. Foi descoberto em 2013 com o uso do Telescópio Espacial Kepler. A massa desse exoplaneta é aproximadamente 4,5 vezes maior do que a massa da Terra, e seu raio, aproximadamente, 1,6 vez maior do que o raio da Terra.
Considerando que a aceleração da gravidade na superfície da Terra seja 10 m/s² , e que tanto a Terra como Kepler – 62e sejam perfeitamente esféricos, a aceleração da gravidade na superfície desse exoplaneta é, aproximadamente,

Em um sistema planetário hipotético, existem dois planetas esféricos, A e B, de massas, respectivamente, M e 4M. Um satélite natural α descreve, em torno de A, uma órbita cujo raio médio tem comprimento R. Um satélite natural β descreve, em torno de B, uma órbita cujo raio médio tem comprimento 2R.


Sendo T_α o período de rotação do satélite α e T_β o período de rotação do satélite β, pode-se afirmar que o valor da razão  T_β /T_α é

Um sistema binário é constituído por duas estrelas de massas m₁ e m₂ , separadas por uma distância d, que giram, em movimento circular e uniforme, em torno do centro de massa do sistema (CM).


Considerando que d seja muito maior do que os raios das estrelas, e sendo G a constante universal da gravitação, o período de rotação dessas estrelas é

Um planeta tem dois satélites naturais, A e B, em diferentes órbitas circulares. Sabendo que A orbita a uma distância r_A do centro do planeta com um período de translação T e que a distância média é r_B, qual é a velocidade orbital v_B de B em torno do planeta?

Durante muitos anos, admitiu-se que a Terra fosse o centro do universo. O astrônomo Nicolau Copérnico (1473-1543), porém, mostrou que esse e outros astros giram em torno do Sol. A tabela a seguir indica o número de dias terrestres para a Terra e um dado asteroide completarem uma volta em torno do Sol.


Considere que a órbita do asteroide está no mesmo plano da órbita da Terra e que esses astros e o Sol ocupam a mesma posição relativa, a cada t anos terrestres.
Assim, o menor valor de t é:

Um planeta perfeitamente esférico e de raio R tem aceleração da gravidade g em sua superfície. A aceleração da gravidade, em um ponto que está a uma altura h da superfície desse planeta, vale:

Duas pessoas executam um experimento para medir o raio da Terra a partir da observação do pôr do Sol. No momento em que uma pessoa, deitada, observa o pôr do Sol a partir do nível do mar, uma outra pessoa, de pé, inicia a contagem do tempo até que ela observe o pôr do Sol a partir da altura dos seus olhos. Sabendo-se que o intervalo de tempo entre as duas observações é , o raio da Terra obtido por meio desse experimento é
Observações: • considere a terra uma esfera perfeita; • considere o eixo de rotação do planeta perpendicular ao plano de translação; • o experimento foi executado na linha do Equador; e • desconsidere o movimento de translação da Terra.
Dados: • período de rotação da Terra: T; e • distância vertical entre os olhos do segundo observador e o nível do mar: ℎ

A aceleração da gravidade ao nível do mar em nosso planeta vale aproximadamente 9,8 m/s². Na superfície de Plutão, cuja massa é 0,20% da massa da Terra e seu raio 80% menor que o raio da Terra, a aceleração da gravidade, em m/s², será aproximadamente igual a:

Analise a figura abaixo.

A figura acima mostra um sistema isolado de três partículas de massa m, ocupando os vértices de um triângulo equilátero inscrito em uma circunferência de raio R. Nessa configuração, a energia potencial gravitacional é U₀. Considerando que a energia potencial gravitacional é nula no infinito, se o raio é reduzido à metade, qual é a razão entre variação da energia potencial gravitacional do sistema e a energia potencial gravitacional inicial, ΔU/U₀?

Classifique com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmativas abaixo e, em seguida, marque a opção que apresenta a sequência correta.
( ) Um satélite em órbita em torno da Terra possui massa, no entanto, não possui peso. ( ) Uma nave espacial no espaço, livre de atrito e de toda e qualquer força de atração ou repulsão, permanecerá sempre em repouso ou em movimento retilíneo uniforme em relação a referenciais inerciais. ( ) É necessário que um corpo esteja sob a ação de uma força resultante diferente de zero para permanecer em movimento. ( ) Sol e Terra se atraem com forças gravitado na is de intensidades diferentes. ( ) Peso e normal constituem um par ação-reação. ( ) Peso e massa são grandezas físicas vetoriais. ( ) A energia mecânica de um sistema, que é a soma da energia cinética com as energias potenciais, é sempre conservada.

Uma nave espacial de massa M é lançada em direção à lua. Quando a distância entre a nave e a lua é de 2,0.10⁸ m, a força de atração entre esses corpos vale F. Quando a distância entre a nave e a lua diminuir para 0,5.10⁸ m, a força de atração entre elas será:

Analise a figura abaixo. 

        

Na figura acima, tem-se duas cascas esféricas concêntricas: casca A de raio r_A=l,0m e casca B de raio r_B=3,0m, ambas com massa M e com os centros em x = 0 . Em x=20m, tem-se o centro de uma esfera maciça de raio r_c=2,0m e massa 81M. Considere agora, uma partícula de massa m colocada em x=2,0m, Sendo G a constante gravitacional, qual a força gravitacional resultante sobre a partícula? 

Kepler era discípulo de Tycho Brahe, astrônomo dinamarquês que dedicou sua vida à observação do céu. Analisando durante 20 anos os dados compilados por Tycho Brahe, Kepler pôde formular suas três leis do movimento planetário, sendo que o enunciado “as orbitas dos planetas são elípticas e o sol se localiza num dos focos” se refere a uma dessas leis, essa lei e na ordem de criação de Kepler é:

Em um planeta distante da Terra, em outro sistema planetário, cientistas, obviamente alienígenas, estudam a colocação de uma estação orbital entre o seu planeta e sua lua, conforme pode ser visto na figura. Visando ajudá-los, determine a que distância, em km, do centro do planeta a estação (considerada uma partícula) deve ser colocada, de forma que a resultante das forças gravitacionais que atuam sobre a estação seja nula.

Observações:

-Massa do planeta alienígena: 25 .10²⁰ kg.

-Massa da lua alienígena: 4 . 10¹⁸ kg.

-Distância do centro do planeta ao centro da lua: 312 .10³ km.

-Considere o instante em que o planeta, a lua e a estação estão alinhados, conforme a figura.

Dois corpos de massas m₁ e m₂ estão separados por uma distância d e interagem entre si com uma força gravitacional F. Se duplicarmos o valor de m₁ e reduzirmos a distância entre os corpos pela metade, a nova força de interação gravitacional entre eles, em função de F, será

Considere a Terra um Planeta esférico, homogêneo, de raio R, massa M concentrada no seu centro de massa e que gira em torno do seu eixo E com velocidade angular constante ω , isolada do resto do universo.

Um corpo de prova colocado sobre a superfície da Terra, em um ponto de latitude φ , descreverá uma trajetória circular de raio r e centro sobre o eixo E da Terra, conforme a figura abaixo. Nessas condições, o corpo de prova ficará sujeito a uma força de atração gravitacional  , que admite duas componentes, uma centrípeta,  , e outra que traduz o peso aparente do corpo,  .  

                   

Quando  = 0° , então o corpo de prova está sobre a linha do equador e experimenta um valor aparente da aceleração da gravidade igual a g_e . Por outro lado, quando  = 90° , o corpo de prova se encontra em um dos Polos, experimentando um valor aparente da aceleração da gravidade igual a g_p .

Sendo G a constante de gravitação universal, a razão vale