Enunciado

63 . Considere um corpo de massa m , não necessariamente pequeno quando comparado com a massa da Terra lançado a uma distância de 1,20 × 10 7   m do centro da Terra. Suponha que a Terra e o corpo se comportem como um par de partículas isoladas do resto do Universo. ( a ) Encontre o módulo da aceleração a r e l com que cada um começa a se mover em relação ao outro em função de m . Avalie a aceleração ( b ) para m = 5,00   k g , ( c ) para m = 2   000   k g e ( d ) para m = 2,00 × 10 24   k g . ( e ) Descreva o padrão de variação de a r e l com m .

Passo 1

Vem comigo que a gente resolve essa juntos!

No nosso problema como temos um sistema fechado onde temos Terra e o corpo. Com isso nós temos a Terra realizando uma aceleração g M T e o corpo realiza uma aceleração na Terra g c .

Com isso a aceleração relativa com que cada um se move é dada por:

a r e l = g M T + g c

A aceleração gravitacional produzida por um corpo é dada por:

g = G m r 2

Passo 2

Então a aceleração relativa pedida em ( a ) é dada por:

a r e l = G M T r 2 + G m r 2

⇒ a r e l = G r 2 ( M E + m )

Passo 3

Agora vamos calcular essa aceleração para cada valor de m nos itens ( b ) , ( c ) e ( d ) .

Vamos começar com ( b ) , onde temos m = 5   k g . Temos:

a r e l = 6,67 × 10 - 11 1,2 × 10 7 2 ( 5,97 × 10 24 + 5 )

⇒ a r e l = 2,77   m / s 2

Agora para o item ( c ) , onde temos m = 2000   k g . Temos:

a r e l = 6,67 × 10 - 11 1,2 × 10 7 2 ( 5,97 × 10 24 + 2000 )

⇒ a r e l = 2,77   m / s 2

Por último o item ( d ) , onde temos m = 2 × 10 24   k g . Temos:

a r e l = 6,67 × 10 - 11 1,2 × 10 7 2 ( 5,97 × 10 24 + 2 × 10 24 )

⇒ a r e l = 3,69   m / s 2

Passo 4

Agora vamos ver o item ( e ) .

Como podemos ver pelas contas que fizemos em ( b ) , ( c ) e ( d ) que para valores de massa muito menores que a da Terra a aceleração quase não varia, mas para valores próximos (caso do item ( d ) ) a aceleração já varia de forma considerável.

Resposta

( a )

a r e l = G r 2 ( M E + m )

( b )

a r e l = 2,77   m / s 2

( c )

a r e l = 2,77   m / s 2

( d )

a r e l = 3,69   m / s 2

( e )

Explicado acima.

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