Plutão é considerado um planeta anão, com massa MP = 1 x 1022 kg, bem menor que a massa da Terra. O módulo da força gravitacional entre duas massas m1 e m2 é dado por «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mrow»«msub»«mi»F«/mi»«mi»g«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mi»G«/mi»«mfrac»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»§#xA0;«/mo»«/mrow»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»r«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mfrac»«/mrow»«/mstyle»«/math», em que r é a distância entre as massas e G é a constante gravitacional. Em situações que envolvem distâncias astronômicas, a unidade de comprimento comumente utilizada é a Unidade Astronômica (UA).

a) Considere que, durante a sua aproximação a Plutão, a sonda se encontra em uma posição que está dP = 0,15 UA distante do centro de Plutão e dr = 30 UA distante do centro da Terra. Calcule a razão «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfenced»«mfrac»«msub»«mi»F«/mi»«mrow»«mi»g«/mi»«mi»T«/mi»«/mrow»«/msub»«msub»«mi»F«/mi»«mrow»«mi»g«/mi»«mi»P«/mi»«/mrow»«/msub»«/mfrac»«/mfenced»«/mstyle»«/math» entre o módulo da força gravitacional com que a Terra atrai a sonda e o módulo da força gravitacional com que Plutão atrai a sonda. Caso necessário, use a massa da Terra MT = 6 x 1024 kg.

b) Suponha que a sonda New Horizons estabeleça uma órbita circular com velocidade escalar orbital constante em torno de Plutão com um raio de rP = 1 x 10−4 UA. Obtenha o módulo da velocidade orbital nesse caso. Se necessário, use a constante gravitacional G = 6 x 10−11 N.m2/kg2. Caso necessário, use 1 UA (Unidade astronômica) = 1,5 x 108 km.

a) Sendo m a massa da sonda, a razão procurada pode ser calculada como segue:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gT«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gP«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«mrow»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/menclose»«mo»§#x000A0;«/mo»«mstyle displaystyle=¨true¨»«mfrac»«mrow»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/menclose»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msub»«/mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/msub»«/mfrac»«/mstyle»«/mrow»«mrow»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«/menclose»«mo»§#x000A0;«/mo»«mstyle displaystyle=¨true¨»«mfrac»«mrow»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«/menclose»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/msub»«/mfrac»«/mstyle»«/mrow»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mfenced»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»d«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»T«/mi»«/msub»«/mfrac»«/mfenced»«mn»2«/mn»«/msup»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gT«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gP«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«mrow»«mn»6«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mn»24«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mn»22«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mfenced»«mfrac»«mrow»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»15«/mn»«/mrow»«mn»30«/mn»«/mfrac»«/mfenced»«mn»2«/mn»«/msup»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mo»§#x02234;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gT«/mi»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»F«/mi»«mi»gP«/mi»«/msub»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»015«/mn»«/mstyle»«/math»

b) O movimento da sonda New Horizons é circular e uniforme. Logo, a velocidade orbital fica determinada:

«math style=¨font-family:Tahoma¨ xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mstyle mathsize=¨14px¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»a«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»C«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»g«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mfrac»«msubsup»«mi mathvariant=¨normal¨»v«/mi»«mi»orbital«/mi»«mn»2«/mn»«/msubsup»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»r«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/menclose»«/mfrac»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mfrac»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/mrow»«msup»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»r«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«menclose notation=¨updiagonalstrike¨»«mn»2«/mn»«/menclose»«/msup»«/mfrac»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»v«/mi»«mi»orbital«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msqrt»«mfrac»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»G«/mi»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»M«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»r«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»P«/mi»«/msub»«/mfrac»«/msqrt»«mspace linebreak=¨newline¨/»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»v«/mi»«mi»orbital«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msqrt»«mfrac»«mrow»«mn»6«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»11«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mn»22«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»4«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»5«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»§#x000B7;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mn»11«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfrac»«/msqrt»«mspace linebreak=¨newline¨/»«mo»§#x02234;«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»v«/mi»«mi»orbital«/mi»«/msub»«mo»§#x000A0;«/mo»«mo»=«/mo»«mo»§#x000A0;«/mo»«mn»200«/mn»«mo»§#x000A0;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»m«/mi»«mo»/«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»s«/mi»«/mstyle»«/math»