Enunciado

1.16. Usando as unidades básicas do SI, mostre que a Equação 1.2 é uma equação dimensionalmente homogênea que resulta F em newtons. Determine com três algarismos significativos a força gravitacional agindo entre duas esferas que estão se tocando. A massa de cada esfera é 200 kg e o raio é 300 mm.

Passo 1

A equação 1.2 é a seguinte

F = G m 1 m 2 r 2

Onde m é a massa e está em k g (quilogramas),

r é a distância e está em m (metros),

G é a constante gravitacional, e sua unidade é m 3 k g   s 2

E F é a força em N (newtons), que é k g ⋅ m s 2

Uma equação dimensionalmente homogênea é uma equação onde ambos os lados tem a mesma unidade dimensional.

Passo 2

Vamos fazer a análise dimensional agora

N =   m 3 k g ⋅ s 2 k g ⋅ k g m 2 = m 3 m 2 ⋅ k g 2 k g ⋅ 1 s 2 = m ⋅ k g s 2 = N

Assim provamos que a equação é dimensionalmente homogênea.

Passo 3

Agora vamos determinar a força gravitacional que o exercício pede.

Esse é um esboço da situação

m 1 = m 2 = 200 k g

r = 300   m m + 300   m m = 600   m m = 600 ⋅ 10 - 3   m

G = 6,67408 ⋅ 10 - 11 m 3 k g ⋅ s 2

Passo 4

Já temos todos os elementos, agora basta calcular

F = G m 1 m 2 r 2 = 6,67408 ⋅ 10 - 11 m 3 k g ⋅ s 2 ⋅ 200   k g ⋅ 200   k g 600 ⋅ 10 - 3   m   2

6,67408 ⋅ 10 - 11 ⋅ 200   ⋅ 200   600 ⋅ 10 - 3     2   N ≈ 7,416 ⋅ 10 - 6 ⋅ N

Resposta

7,416 ⋅ 10 - 6 ⋅ N

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