Questões de Física

O foguete Starship da SpaceX é composto de dois estágios. O primeiro, chamado de Super Heavy, tem massa total de 3.600.000 kg no momento em que seus 33 motores Raptor são acionados. O segundo estágio, possui massa total de 1.400.000 kg (M₂) quando inicia a ignição de seus 6 motores Raptor. O Starship pretende transportar 100.000 kg à órbita terrestre e reutilizar seus dois estágios. No voo teste ocorrido em novembro de 2023, os 33 motores do Raptor do primeiro estágio funcionaram por 2 minutos e 41 segundos levando o foguete a 70 km de altitude. Neste instante é iniciado o processo de separação entre o primeiro e o segundo estágio. Nesse voo foi utilizada pela primeira vez a separação a quente, que consiste em se acionar os 6 motores do segundo estágio enquanto este ainda está acoplado ao primeiro estágio. Dessa forma, os gases expelidos pelos motores do segundo estágio “empurram” o primeiro estágio para baixo, conforme ilustrado na Figura ao lado pela força F. A partir de então agirão sobre o segundo estágio a força de Empuxo E₂, resultante do acionamento dos 6 motores Raptor, além da força da gravidade. Sobre o primeiro estágio, atuarão, além da força F, a força da gravidade e o empuxo de apenas 3 dos 33 motores Raptor, que continuam a funcionar para controlar o seu retorno à superfície terrestre. Em função da altitude na qual a separação ocorre, as forças aerodinâmicas foram consideradas desprezíveis. Considere g = 10m/s².

Perguntas:

8a) Utilize a Segunda Lei de Newton para calcular a aceleração a2 do segundo estágio no instante da separação. Para tanto, considere que a força empuxo dos 6 motores Raptor seja E₂ = 1,4 × 10⁷N.

8b) Calcule a aceleração do primeiro estágio supondo que, no momento da separação, o primeiro estágio tenha uma massa total M₁ = 700.000 kg e 3 motores Raptors ativos, correspondendo a uma força empuxo E₁ = 7,0 × 10⁶N. Considere ainda que a força F dos gases sobre o motor do primeiro estágio é cerca de 80% da força de empuxo do segundo estágio, ou seja F = 1,12 × 10⁷N.

8c) Calcule a aceleração relativa a_rel = a₂ − a₁ no instante do início da separação.

Assinale a alternativa que contém as respostas aos itens “8a”, “8b” e “8c” acima, nesta ordem.

Sabemos que a Luminosidade (L) das estrelas é equivalente à potência das lâmpadas e não depende da distância delas até nós. Quando montamos um gráfico entre a Luminosidade (L) e a Temperatura superficial (T) das estrelas temos o que se conhece como o Diagrama de Hertzsprung-Russell, ou simplesmente Diagrama HR. Ele é uma ferramenta fundamental na astronomia para classificar e entender a evolução estelar.

As estrelas são posicionadas no diagrama HR de acordo com sua temperatura superficial (eixo horizontal) e sua luminosidade (eixo vertical), revelando conjuntos estelares conhecidos como Sequência Principal, Anãs Brancas, Gigantes e Supergigantes, como em destaque na imagem.

O Sol, por ter temperatura superficial T = 6.000 K e luminosidade solar L = 1, foi posicionado nas coordenadas (6.000, 1), sendo classificado, então, como uma estrela da Sequência Principal.

Posicione e classifique, três estrelas imaginárias, E1, E2 e E3, conforme suas características descritas a seguir:

  •   E1 é dez mil vezes mais luminosa que o Sol e sua temperatura superficial é cinco vezes maior do que a do Sol;

  •   E2 tem a mesma luminosidade que E1 e sua temperatura superficial é de 4.000 K;

  •   E3 tem a mesma temperatura superficial que E2 e sua luminosidade é cem vezes menor que a do Sol.

Uma vez posicionadas as estrelas E1, E2 e E3 no Diagrama HR, assinale a única opção verdadeira.

Um Relógio de Sol funciona com base no movimento aparente do Sol pela esfera celeste e no consequente deslocamento da sombra produzida por este quando incide sobre uma haste chamada gnômon. A sombra do gnômon (haste) sobre o mostrador indica as horas, tal qual o ponteiro de um relógio.

Para funcionar adequadamente, é muito importante que o gnômon esteja paralelo com o eixo de rotação da Terra, ou seja, o gnômon precisa apontar para o Polo Celeste visível no hemisfério no qual está o relógio de Sol.

Ao lado temos a imagem de um Relógio de Sol do tipo Equatorial (existem muitos tipos!) projetado para funcionar somente no Hemisfério Norte. Repare que a hora central de seu mostrador, o momento em que a sombra indica a passagem do Sol pelo seu ponto mais alto no céu, chamado de meio-dia solar verdadeiro, está indicada como 1h da tarde.

Baseado em seus conhecimentos e nas informações fornecidas, PRIMEIRO coloque F ou V na frente de cada afirmação e DEPOIS escolha a linha que contém a sequência correta de F e V.

1^a) ( ) O gnômon de um relógio de Sol deve apontar para o Equador Celeste.
2^a) ( ) Este relógio também irá funcionar no Hemisfério Sul.
3^a) ( ) Seu mostrador foi corrigido para o Horário de Verão.

4^a) ( ) Seu mostrador indica que são cerca de 9h20 da manhã, no horário local.
5^a) ( ) Em dias nublados é impossível saber a hora por este relógio.

Assinale a alternativa que contém a sequência correta de F e V.

Os pequenos corpos do Sistema Solar (asteroides e cometas), em geral, não têm fontes internas de energia, e só são detectáveis por conta da radiação solar que eles refletem ou reemitem termicamente. Uma consequência deste fato é que a energia proveniente do Sol é também responsável, em grande parte, pelas temperaturas destes corpos. Para corpos sem atmosfera e sem fontes internas de calor, sua maior temperatura possível é obtida supondo-se o equilíbrio entre a radiação que eles recebem do Sol e a radiação que eles emitem para o espaço.

O gráfico a seguir traz a maior temperatura que um pequeno corpo teria em função da sua distância ao Sol. As distâncias dos planetas ao Sol foram identificadas apenas como referência de posição, não tendo nada a ver com a temperatura média destes planetas.

A partir das informações do gráfico e considerando que no vácuo o gelo de água sublima (passa do estado sólido para o estado gasoso) a uma temperatura de 150 K, assinale a opção que traz a partir da órbita de qual planeta é possível encontrar gelo de água na superfície de um pequeno corpo sem atmosfera.

Vistos da Terra (T), o tempo decorrido para que planetas retornem à mesma configuração no céu é conhecido como Período Sinódico (S). No esquema a seguir, fora de escala, temos em , Marte (M) em oposição. Devido à diferença entre os dois períodos orbitais (o período da Terra é mais curto), uma nova oposição de Marte só acontecerá cerca de 780 dias depois da primeira.

O Período Sinódico S pode ser calculado através da seguinte fórmula:

onde e são os períodos orbitais dos planetas em questão, onde .

No nosso exemplo:

Considere, agora, um asteroide do Cinturão Principal de Asteroides, localizado entre as órbitas de Marte e de Júpiter, cujo período orbital seja de 6 anos.

Assinale a opção que traz o intervalo de tempo entre duas oposições consecutivas deste asteroide.

Um fabricante de lanternas removeu algumas informações dos componentes eletrônicos de seus produtos para evitar que fossem identificados e reproduzidos clandestinamente. O circuito elétrico dessas lanternas é constituído de uma bateria ideal de 12 V, um resistor de resistência R e um LED, conforme representado na figura. Também está apresentado o gráfico que relaciona a corrente que atravessa o LED em função da ddp aplicada entre seus terminais.

Um estudante decide identificar o resistor do qual foram removidas as informações sobre sua resistência. Munido apenas de um voltímetro, ele mede a ddp entre os terminais do LED como sendo de 5 V.

Logo, o estudante conclui que R tem um valor de