Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 13.Problemas Adicionais - Ex. 100
Na figura, dois blocos de mesma massa estão pendurados em cordas de comprimentos diferentes nas extremidades de uma balança situada na superfície da Terra. As cordas têm massa desprezível, e a diferença de comprimento entre as cordas é . Suponha que a Terra é esférica e homogênea, com massa específica . Qual é a diferença de peso entre os blocos devido ao fato de um dos blocos estar mais próximo do centro da Terra do que o outro?
Passo 1
Vamos começar encontrando a massa da Terra a partir da massa específica que foi dada no enunciado?
E precisamos usar a fórmula para o volume de uma esfera de raio :
Antes de substituir os valores, vamos converter para
E então:
Passo 2
Agora vamos analisar a força gravitacional que age sobre cada um dos blocos. Em geral, a força gravitacional é dada por:
Na superfície da Terra, temos , e queremos saber qual é a variação quando vamos para uma altura :
Vamos colocar em evidência:
Então:
Passo 3
Agora podemos expandir aquele termo entre parênteses por uma expansão binomial, mas tomando apenas os termos com potência menor do que :
Então, para :
Vamos substituir isso na fórmula de cima:
Agora vamos substituir a expressão que encontramos para :
E então:
Resposta
A diferença de peso seria de .