PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 25 do IME 2024
Um satélite artificial move-se por uma órbita aproximadamente circular estável em torno de um planeta. Posteriormente, o satélite acelera até a velocidade de escape do campo gravitacional em que se encontra devido ao impulso recebido pela ejeção de gases.
Dados:
- constante universal da gravitação: G;
- raio da órbita circular estável original do satélite: r;
- massa do planeta: M;
- \sqrt{2} \approx 1{,}41.
A diferença entre o módulo da velocidade de escape do satélite e o módulo da sua velocidade na órbita estável original é de aproximadamente:
- A0{,}59\sqrt{GM/r}
- B1{,}41\sqrt{GM/r}
- C0{,}41\sqrt{GM/r}
- D2{,}41\sqrt{GM/r}
- E2{,}82\sqrt{GM/r}
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Resolução comentada
Precisamos de duas velocidades, ambas calculadas a partir da distância r ao centro do planeta.
Velocidade na órbita circular. A força gravitacional faz o papel de força centrípeta:
Velocidade de escape. Para escapar, a energia mecânica total deve ser pelo menos zero (chegar ao infinito com velocidade nula):
Diferença. Com \sqrt{2}\approx1{,}41:
- v_e\approx1{,}41\sqrt{GM/r}
- v_o=1{,}00\sqrt{GM/r}
- v_e-v_o\approx(1{,}41-1)\sqrt{GM/r}=0{,}41\sqrt{GM/r}
Ou seja, o satélite precisa ganhar cerca de 41% da velocidade orbital para escapar.
Alternativa C.
Por que as outras alternativas estão erradas
- ASubtrai errado, usando 1-0{,}41 em vez de 1{,}41-1.
- BInforma apenas a velocidade de escape, sem subtrair a velocidade orbital.
- DSoma as duas velocidades (1{,}41+1) em vez de subtrair.
- EDobra a velocidade de escape (2\times1{,}41), sem sentido físico aqui.
Assuntos: velocidade de escape, órbita circular, gravitação.
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Fonte: IME 2024 · Prova objetiva. Prova oficial ↗