Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 12.Problemas - Ex. 61
12.61. Existem duas equações a partir das quais você pode calcular uma variação da energia potencial gravitacional U do sistema constituído por um corpo de massa m e a Terra. Uma delas é U=mgy(7.2). A outra é(12.9). Como mostramos na seção 12.3, a primeira equação é correta semente quando a força gravitacional for constante ao longo da variação da altura . A segunda é sempre correta. Na realidade, a força gravitacional nunca é exatamente constante ao longo de qualquer variação de altura, porém, quando a variação for pequena, podemos desprezá-la. Calcule a diferença de U usando as duas formulas para uma diferença de altura h acima da superfície terrestre e ache o valor de h para o qual a Equação (7.2) fornece um erro de 1%. Expresse esse valor de h como uma fração do raio da Terra, e obtenha também seu valor numérico.
Passo 1
Bem, vamos calcular para as duas equações. Vale lembrar que dentro do da equação 12.7 está o raio da Terra. De acordo com enunciado
Essa é a primeira equação. Vamos para a segunda
Isso vai dar
Passo 2
Agora temos que achar para qual altura a equação 12.7 fornece de erro. Ou seja
Vamos substituir os valores
Agora a gente tem que isolar
Aqui facilita bastante as contas se a gente lembrar como se calcula
Então
A gente pode cortar
A gente pode colocar em evidencia
Agora vamos colocar em evidencia
E aí vamos finalmente chegar em
Ai a gente coloca em evidencia de novo
Então
Agora é só isolar para escrevermos a altura em termos do raio da Terra
Passo 3
Agora vamos obter o valor numericamente. Basta substituir os valores
Isso vai dar