Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 13.5 - Ex. 31
Marte e a Terra têm um diâmetro médio de e , respectivamente. A massa de Marte é vez a massa da Terra. (a) Qual é a razão entre a massa específica média de Marte e a da Terra? (b) Qual é o valor da aceleração gravitacional em Marte? (c) Qual é a velocidade de escape em Marte?
Passo 1
(a) A massa específica é dada por:
Onde será o volume de uma esfera de raio , que é , e a massa do planeta.
Ou seja, podemos substituir :
Podemos, então, escrever a razão de densidades entre Marte e Terra:
Arrumando essa divisão de frações:
Cortando e :
Passo 2
Precisamos conhecer a razão . Foi dado no enunciado que: . Logo:
Substituindo na equação anterior, temos:
Passo 3
Como a gente sabe o valor do diâmetro dos planetas, é só dividir o valor por dois pra calcular o raio:
Substituindo o valor do enunciado:
Agora, para a Terra:
Substituindo o valor do enunciado:
Substituindo os valores na equação do passo anterior temos:
Passo 4
(b) Pela lei da gravitação universal, a gente pode escrever a aceleração gravitacional em Marte
Não temos a massa de Marte , mas podemos escrever:
Também não temos a massa da terra, mas podemos escrever a equação para a aceleração da gravidade na Terra:
E, isolando :
Assim, fazendo as substituições na equação pra gravidade de Marte, temos:
Substituindo que achamos:
Cortamos :
Substituindo os valores pra gravidade da Terra, raio da Terra e de Marte, a gente fica com
Passo 5
(c) Pra calcular a velocidade de escape de Marte , a gente usa a fórmula abaixo
Como vimos anteriormente, podemos substituir a massa de Marte:
E, cortando :
Substituindo os valores pra gravidade da Terra, raio da Terra e de Marte, temos:
Resposta
(a)
(b)
(c)