Exercícios Resolvidos de Conservação de Energia

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Enunciado

Um pequeno satélite descreve um movimento circular uniforme em torno de um planeta esférico, sob a ação da força gravitacional. A massa específica do planeta é uniforme. Indique a(s) alternativa(s) correta(s): No referencial do planeta, a energia mecânica é E   =   K +   U , onde:

a K = U ;  

b K = - U ;  

c U = 2 K ;  

d U = - 2 K ;  

e E = 0 ;  

f E = 2 U ;  

g E = - 2 U ;  

h E = - U 2 ;  

i E = U 2 ;  

j E = - K .  

Passo 1

Como o satélite descreve um movimento circular uniforme temos que a força gravitacional é igual a força centrípeta. Assim,

F c = F g

m v 2 r = G m . M r 2

Assim, conseguimos isolar a velocidade ao quadrado (deixa ao quadrado mesmo, visto que a energia cinética também tem velocidade ao quadrado)

v 2 = G M r

Tendo a velocidade ao quadrado, descobrir a energia cinética é mais tranquilo, certo?

K = 1 2 m v 2

K = m G M 2 r

Calculado a energia cinética, vamos calcular a energia potencial. Bem essa vimos na teoria que é:

U = - F g . r = - G m M r 2 . r

U = - G m M r

Opa, olha a energia cinética e a energia potencial e olha que elas são quase iguais. Na verdade uma é menos o dobro da outra. Olhe:

U = - 2 K =   - 2 .   m G M 2 r

OPA, achamos a primeira resposta, alternativa d .

Beleza, vamos colocar isso na equação da energia mecânica agora:

E = U + K = - 2 K + K

E = - K

OPAA, temos outra alternativa correta, alternativa j

Isso seria a energia mecânica em função da energia cinética, mas podemos escrever ela em função da potencial, para isso teríamos que usara relação:

K = - U 2

Agora voltamos para a energia mecânica:

E = U + K

E = U - U 2

E = U 2

OPAA, a terceira alternativa foi encontrada, alternativa i

Resposta

Alternativas d   ;   i ;   j

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