Questão 3570285

Um foguete é lançado da superfície da Terra em um processo de três estágios, conforme descritos a seguir e esquematicamente ilustrados na figura anterior.

• Estágio 1 – O foguete é acelerado uniformemente até o ponto A, de altura h_A, com uma aceleração \(\overrightarrow a\) , cujo módulo é igual ao valor da aceleração da gravidade g na superfície da Terra.

• Estágio 2 – O foguete mantém-se em movimento retilíneo uniforme vertical ascendente até o ponto B, de altura h_B.

• Estágio 3 – O foguete faz uma curva circular de raio R_C até o ponto C, de tal modo que sua direção de movimento sofra uma alteração de 90 graus. O módulo de sua velocidade permanece constante e igual ao módulo da velocidade do foguete no estágio 2.

A velocidade do foguete nos estágios 2 e 3 é representada por \(\overrightarrow v\) Nos três estágios, atuam sempre sobre o foguete a sua força de impulsão \(\overrightarrow F\) e a força \(\overrightarrow P\) , devido à atração gravitacional da Terra. No estágio 1, além dessas forças, atua, também, uma força de resistência do ar \(\overrightarrow R\) , que sempre aponta na direção contrária à direção do movimento. Depois do estágio 3, o foguete fica livre e sob a ação apenas da força gravitacional da Terra. Nessa fase, a posição do foguete pode ser descrita a partir de sua distância r até o centro da Terra e o ângulo polar θ entre a direção da linha radial que liga o centro da Terra até o foguete, e a direção do foguete ao final do estágio 3. As massas da Terra e do foguete são, respectivamente, representadas por m_T e m_f. A massa da Terra está distribuída, uniformemente, em uma esfera de raio R. As distâncias indicadas nos estágios 1, 2 e 3, em função do raio da Terra R, são, respectivamente, h_A = 0,02 R, h_B = 5 R e R_C = R.

Acerca dessa situação hipotética e considerando-se que a massa do foguete permanece constante ao longo de seu movimento, que a aceleração da gravidade g valha 10 m/s² e que o raio da Terra R seja igual a 6.500 km, julgue os itens subsecutivos.

A energia mecânica E do foguete no ponto C é dada por \(E=mgR\ \left(\frac{2}{100}-\frac{1}{\sqrt{50}}\right)\) , e a órbita do satélite em torno do centro da Terra tem a forma de uma elipse.