PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 26 do IME 2025
Para simular a órbita (x(t),y(t)) do satélite de um planeta, no referencial do planeta, utilizou-se um modelo unidimensional com as seguintes equações:
onde A, B e \omega são constantes e t é o instante de tempo.
Dados:
- massa do planeta: M;
- massa do satélite: m, onde m \ll M;
- constante universal de gravitação: G;
- C = \sqrt{A^2 - B^2};
- localização do centro do planeta: (C,0).
A diferença entre a maior e a menor energia potencial gravitacional do satélite é:
- A2 AGmM/B^2
- BCGmM/B^2
- C2 CGmM/A^2
- D2 CGmM/B^2
- EAGmM/C^2
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Resolução comentada
A órbita é uma elipse de semieixos A (em x) e B (em y), com A>B. O planeta está em um foco, (C,0), onde C=\sqrt{A^2-B^2} é a distância do centro da elipse ao foco.
A energia potencial gravitacional é U=-\dfrac{GmM}{r}, sendo r a distância do satélite ao planeta. Ela é maior (menos negativa) quando r é máximo e menor quando r é mínimo.
- Distância mínima (periastro), no ponto (A,0): r_{min}=A-C.
- Distância máxima (apoastro), no ponto (-A,0): r_{max}=A+C.
Diferença entre a maior e a menor energia potencial:
Como A^2-C^2=B^2:
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Ausa 2A no numerador em vez de 2C, confundindo o semieixo com a distância focal.
- Bperde o fator 2 que aparece na diferença (A+C)-(A-C)=2C.
- Cusa A^2 no denominador, mas (A+C)(A-C)=A^2-C^2=B^2.
- Enão corresponde à diferença das energias; mistura A e C^2 sem a simplificação correta.
Assunto: Gravitação universal e satélites.
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Fonte: IME 2025 · Prova objetiva. Prova oficial ↗