Todos os corpos em órbita ao redor de outro corpo obedecem às leis de Kepler. Esse fato não só pode ser aplicado aos planetas do sistema solar mas a outros sistemas planetários, o que inclui estrelas orbitando outras estrelas e satélites orbitando planetas, por exemplo.
Suponha que desejamos calcular a distância entre o Sol e Marte. Sabemos que o período orbital é de 1,8809 anos. Desse modo, é preciso ter uma referência conhecida, que pode ser a Terra (já que também orbita o Sol), com um período orbital de 1 ano e a uma distância de 1 U.A. (unidade astronômica, distância média entre o Sol e a Terra). Com base na terceira lei de Kepler e sem considerar as massas dos corpos envolvidos, assinale a alternativa que exibe corretamente a distância da órbita de Marte em U.A.
a.
b.
c.
d.
e.
Qual a alternativa correta?
A terceira lei de Kepler relaciona o período orbital de um planeta com o raio médio de sua órbita (a distância média entre o planeta e o Sol). A lei afirma que o quadrado do período orbital (T) de um planeta é diretamente proporcional ao cubo do raio médio da órbita (R):
\[T^2 = k \cdot R^3\]
Onde \(k\) é uma constante de proporcionalidade que depende da massa do corpo central (o Sol, no caso do sistema solar), da constante gravitacional e de outras constantes físicas.
Agora, vamos usar a informação fornecida para calcular a distância da órbita de Marte em unidades astronômicas (U.A.). Sabemos que a Terra tem um período orbital de 1 ano e está a uma distância de 1 U.A. do Sol. Vamos denotar a distância da órbita de Marte como \(R_M\) e o período orbital de Marte como \(T_M\).
Para a Terra:
\[T_T = 1 \text{ ano} = 1 \text{ período} \text{ orbital}\]
\[R_T = 1 \text{ U.A.} = 1 \text{ raio médio da órbita}\]
Para Marte:
\[T_M = 1,8809 \text{ anos} = 1,8809 \text{ períodos orbitais}\]
\[R_M = ? \text{ U.A.} = ? \text{ raio médio da órbita}\]
Agora, podemos usar a terceira lei de Kepler para encontrar \(R_M\). Vamos igualar as razões dos quadrados dos períodos (porque 1,8809 é o período de Marte em relação a 1, o período da Terra) e os cubos dos raios médios:
\[\frac{T_M^2}{T_T^2} = \frac{R_M^3}{R_T^3}\]
\[\frac{(1,8809)^2}{1^2} = \frac{R_M^3}{1^3}\]
\[R_M^3 = (1,8809)^2\]
\[R_M = \sqrt[3]{(1,8809)^2} \approx 1,5236\]
Portanto, a distância da órbita de Marte é de aproximadamente 1,5236 U.A.
Resposta: A alternativa que exibe corretamente a distância da órbita de Marte em U.A. é: C
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