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Ciências da Natureza · Física

Questões de Gravitação no ENEM

6 questões oficiais do ENEM sobre Gravitação, de 2009 a 2022, todas com gabarito e resolução comentada. Dificuldade estimada: 1 fácil, 4 médias, 1 difícil.

Treine Gravitação com 6 questões do ENEM

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5 questões de Gravitação resolvidas

Tente responder antes de abrir a resolução. No treino, você responde, vê a correção na hora e o seu progresso fica salvo.

Questão 1 · ENEM 2022 · Questão 123média

Um Buraco Negro é um corpo celeste que possui uma grande quantidade de matéria concentrada em uma pequena região do espaço, de modo que sua força gravitacional é tão grande que qualquer partícula fica aprisionada em sua superfície, inclusive a luz. O raio dessa região caracteriza uma superfície-limite, chamada de horizonte de eventos, da qual nada consegue escapar. Considere que o Sol foi instantaneamente substituído por um Buraco Negro com a mesma massa solar, de modo que o seu horizonte de eventos seja de aproximadamente 3,0 km.

SCHWARZSCHILD, K. On the Gravitational Field of a Mass Point According to Einstein’s Theory. Disponível em: arxiv.org. Acesso em: 26 maio 2022 (adaptado).

Após a substituição descrita, o que aconteceria aos planetas do Sistema Solar?

  1. A

    Eles se moveriam em órbitas espirais, aproximando-se sucessivamente do Buraco Negro.

  2. B

    Eles oscilariam aleatoriamente em torno de suas órbitas elípticas originais.

  3. C

    Eles se moveriam em direção ao centro do Buraco Negro.

  4. D

    Eles passariam a precessionar mais rapidamente.

  5. E

    Eles manteriam suas órbitas inalteradas.

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Gabarito: E

A força gravitacional que o Sol exerce sobre um planeta é F = G·M·m / d². Ela depende só da massa do Sol e da distância, não do tamanho do corpo.

Se o Sol fosse trocado por um buraco negro de mesma massa, a força sobre cada planeta, a essas distâncias (milhões de km, bem longe do raio de 3 km), seria igual. Logo, as órbitas permaneceriam inalteradas. Alternativa E.

Por que as outras erram: espiral, oscilação ou queda para o centro exigiriam mudança na força, e isso não ocorre. A precessão mais rápida só importaria bem perto do buraco negro.

Dica: a gravidade newtoniana depende da massa e da distância; trocar o objeto por outro de mesma massa não muda a órbita.

Questão 2 · ENEM 2019 · Questão 109difícil

Imagem da questão

Na madrugada de 11 de março de 1978, partes de um foguete soviético reentraram na atmosfera acima da cidade do Rio de Janeiro e caíram no Oceano Atlântico. Foi um belo espetáculo, os inúmeros fragmentos entrando em ignição devido ao atrito com a atmosfera brilharam intensamente, enquanto “cortavam o céu”. Mas se a reentrada tivesse acontecido alguns minutos depois, teríamos uma tragédia, pois a queda seria na área urbana do Rio de Janeiro e não no oceano.

Imagem da questão

LAS CASAS, R. Lixo espacial. Observatório Astronômico Frei Rosário, ICEx, UFMG. Disponível em: www.observatorio.ufmg.br. Acesso em: 27 set. 2011 (adaptado).

De acordo com os fatos relatados, a velocidade angular do foguete em relação à Terra no ponto de reentrada era

  1. A

    igual à da Terra e no mesmo sentido.

  2. B

    superior à da Terra e no mesmo sentido.

  3. C

    inferior à da Terra e no sentido oposto.

  4. D

    igual à da Terra e no sentido oposto.

  5. E

    superior à da Terra e no sentido oposto.

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Gabarito: B

A Terra gira de oeste para leste. O foguete caiu no oceano, a leste de onde fica o Rio de Janeiro. Se a queda fosse alguns minutos depois, seria sobre a cidade.

Isso significa que, em relação à Terra, o foguete se deslocava para leste e ficou à frente da cidade. Ou seja, a velocidade angular dele era maior que a da Terra, no mesmo sentido. Alternativa B.

A) Se fosse igual, ele ficaria sempre sobre o mesmo ponto.
C), D) e E) Sentido oposto ou menor velocidade fariam o foguete ficar para trás (oeste), não à frente da cidade.

Dica: compare velocidades angulares. Quem tem maior velocidade angular no mesmo sentido se adianta em relação ao outro.

Questão 3 · ENEM 2012 · Questão 74média

A característica que permite identificar um planeta no céu é o seu movimento relativo às estrelas fixas. Se observarmos a posição de um planeta por vários dias, verificaremos que sua posição em relação às estrelas fixas se modifica regularmente. A figura destaca o movimento de Marte observado em intervalos de 10 dias, registrado da Terra.

155º 150º 145º 140º 135º 130º

Imagem da questão

Projecto Física. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 1980 (adaptado).

Qual a causa da forma da trajetória do planeta Marte registrada na figura?

  1. A

    A maior velocidade orbital da Terra faz com que, em certas épocas, ela ultrapasse Marte.

  2. B

    A presença de outras estrelas faz com que sua trajetória seja desviada por meio da atração gravitacional.

  3. C

    A órbita de Marte, em torno do Sol, possui uma forma elíptica mais acentuada que a dos demais planetas.

  4. D

    A atração gravitacional entre a Terra e Marte faz com que este planeta apresente uma órbita irregular em torno do Sol.

  5. E

    A proximidade de Marte com Júpiter, em algumas épocas do ano, faz com que a atração gravitacional de Júpiter interfira em seu movimento.

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Gabarito: A

A figura mostra a posição aparente de Marte no céu, com um laço (movimento retrógrado). Esse aspecto vem do fato de observarmos Marte da Terra, que também está em movimento.

A Terra tem órbita menor e velocidade orbital maior que a de Marte. Em certas épocas, ela "ultrapassa" Marte, e por um tempo ele parece andar para trás no céu (alternativa A).

As outras estão erradas: outras estrelas não desviam a trajetória (B); a órbita de Marte é só levemente elíptica (C); a atração Terra-Marte e a de Júpiter são pequenas e não explicam o laço (D e E).

Dica: movimento retrógrado é efeito aparente de observar de um referencial em movimento.

Questão 4 · ENEM 2009 · Questão 5fácil

Na linha de uma tradição antiga, o astrônomo grego Ptolomeu (100-170 d.C.) afirmou a tese do geocentrismo, segundo a qual a Terra seria o centro do universo, sendo que o Sol, a Lua e os planetas girariam em seu redor em órbitas circulares. A teoria de Ptolomeu resolvia de modo razoável os problemas astronômicos da sua época. Vários séculos mais tarde, o clérigo e astrônomo polonês Nicolau Copérnico (1473-1543), ao encontrar inexatidões na teoria de Ptolomeu, formulou a teoria do heliocentrismo, segundo a qual o Sol deveria ser considerado o centro do universo, com a Terra, a Lua e os planetas girando circularmente em torno dele. Por fim, o astrônomo e matemático alemão Johannes Kepler (1571- 1630), depois de estudar o planeta Marte por cerca de trinta anos, verificou que a sua órbita é elíptica. Esse resultado generalizou-se para os demais planetas.

A respeito dos estudiosos citados no texto, é correto afirmar que

  1. A

    Ptolomeu apresentou as ideias mais valiosas, por serem mais antigas e tradicionais.

  2. B

    Copérnico desenvolveu a teoria do heliocentrismo inspirado no contexto político do Rei Sol.

  3. C

    Copérnico viveu em uma época em que a pesquisa científica era livre e amplamente incentivada pelas autoridades.

  4. D

    Kepler estudou o planeta Marte para atender às necessidades de expansão econômica e científica da Alemanha.

  5. E

    Kepler apresentou uma teoria científica que, graças aos métodos aplicados, pôde ser testada e generalizada.

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Gabarito: E

A questão pede uma afirmação correta sobre Ptolomeu, Copérnico e Kepler. Vamos analisar o que o texto permite concluir.

Kepler estudou a órbita de Marte por décadas, obteve dados, concluiu que a órbita é elíptica e generalizou para os outros planetas. Isso é o método científico: observar, formular uma teoria e testá-la. Logo, a E está correta.

Por que as outras estão erradas:
- A: ser mais antiga não torna uma ideia mais valiosa.
- B: o Rei Sol (Luís XIV) viveu depois de Copérnico.
- C: na época de Copérnico, a Igreja controlava e pressionava a ciência.
- D: Kepler não tinha o objetivo de expansão econômica da Alemanha, país que nem existia como Estado unificado.

Dica: teoria científica é aquela que pode ser testada com dados e generalizada.

Questão 5 · ENEM 2009 · Questão 27média

O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria substituir uma outra danificada por um curto-circuito no telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a 560 km de altura, os astronautas se aproximaram do Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se dirigiram ao telescópio. Ao abrir a porta de acesso, um deles exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno.”

Imagem da questão

Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta

  1. A

    Se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade.

  2. B

    Se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena.

  3. C

    Não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais.

  4. D

    Não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita.

  5. E

    Não se justifica, pois a ação da força-peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume.

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Gabarito: D

O astronauta disse: "Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno."

Passo 1: o que é peso. Peso é a força com que a Terra atrai o corpo: P = m · g.

Passo 2: quanto vale g a 560 km de altura. O raio da Terra é cerca de 6 400 km. Na órbita, a distância ao centro é cerca de 6 960 km. Como g cai com o quadrado da distância:
g ≈ 9,8 · (6 400/6 960)² ≈ 9,8 · 0,85 ≈ 8,3 m/s².
Ou seja, a gravidade lá ainda é cerca de 85% da que temos na superfície. O peso de um telescópio de massa grande também é grande.

Passo 3: por que parece "sem peso". O telescópio, a nave e os astronautas estão em órbita, caindo juntos em torno da Terra. O peso é exatamente a força centrípeta que mantém o telescópio em órbita. Por isso nada "pesa" em relação à nave, mas o peso existe.

Logo, a frase não se justifica, e o motivo correto é o da alternativa D.

  • A e B: a gravidade age, sim, e o peso vem da atração da Terra, não da massa do próprio telescópio.
  • C: as leis de Kepler valem para qualquer corpo em órbita, inclusive satélites artificiais.
  • E: a reação ao peso existe (o telescópio atrai a Terra), e massa não se mede pelo volume.

Dica: a "falta de peso" em órbita não é falta de gravidade; é queda livre contínua, e o peso é a própria força centrípeta.

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