Escrito por Mychel Segrini
Iniciante
Uma arcaica observação
Em uma realidade alternativa, Baldemor é um camponês vivendo no equivalente da idade média, em um país de economia avançada. Ele ganhou sua luneta de um senhor de 1818 anos que mora na floresta e vem inventando vários modos de navegar usando as estrelas. Baldemor recebeu hoje um guia com novos sistemas astronômicos de posição e um sextante de precisão considerável. Agora, ele deve aprender com seu mestre como se localizar. Ajude o Baldemor!
(a) No catálogo astronômico, Baldemor obteve os dados da estrela Denebola ). A máxima altura que Denebola teve foi de . Qual a latitude "astromômica" de Baldemor?
(b) Para passar o tempo, Baldemor ficou obsevando Spica ) até ela se pôr. Quanto tempo Baldemor ficou olhando para ela a partir de sua culminação superior?
(c) Após Denebola se pôr, Baldemor observou Spica passar pelo campo de visão da sua luneta. Ela demorou para passar pela sua ocular. Qual é seu campo de visão?
Intermediário
Contemplem o mago
O mestre POPS faleceu na floresta após mais um milênio de invenções com seu ajudante Baldemor, que conseguiu fugir de seu feudo e enriquecer com engenharia. POPS nunca conseguiu explicar mecanicamente como os objetos celestes se moviam, mas Baldemor, em homenagem ao seu sensei, terminou seu trabalho e descobriu as 3 Leis de Balde-POPS por observação e uma matemática nova que ele chamou de "cálculo baldesimal". Após um século estudando sozinho com sua família e filhos, o rico Baldemor está prestes a lançar um satélite - o BaldeSat - com todos os cálculos prontos para explorar o universo. Tudo deu errado quando um mago, enviado pelo seu antigo senhor do feudo, chegou e o amaldiçoou por ter fugido: apagou de sua memória e de seus papéis todos os cálculos que havia feito todos esses anos! Além disso, disse que o satélite seria teleportado em um momento repentino de sua órbita para um local desconhecido e absurdo. Baldemor, com seus 1317 anos, está ficando velho e cansado para fazer novos cálculos. Ajude o Baldemor!
(a) Após certa observação, Baldemor percebeu que a força que mais se adequa ao movimento dos corpos celestes é da forma e, com isso também descobriu a expressão para a energia potencial de um sistema gravitacional. Baldemor agora precisa saber uma segunda expressão para a energia total de um corpo em órbita elíptica - ajude o Baldemor usando conservação da energia!
(b) A partir do resultado anterior, descubra qual é a anomalia verdadeira de um corpo orbitante em que ele possui a maior velocidade radial, isto é, a maior velocidade de aproximação ao corpo central.
Dica 1 : Para qualquer expressão , pode-se encontrar seu máximo ou mínimo fazendo .
Dica 2: Da definição do Momento Angular de uma massa pontual em torno de certo ponto, pode-se deduzir que
(c) Satisfeito em lembrar como são as órbitas, Baldemor agora quer planejar novamente como será a missão de seu satélite, que é observar as luas de Saturno de pertinho. Para isso, ele estará em órbita geoestacionária e fará uma Transferência de Hohmann até a órbita de Saturno ao redor do Sol. Qual é a velocidade final do BaldeSat e quanto é a soma das variações de velocidade em cada uma das manobras?
Dados: Raio da órbita de Saturno (considere ela circular):
(d) Baldemor lança seu satélite e tudo ocorre como planejado. Porém, quando o satélite dá duas voltas em Saturno, ele logo é teleportado para outra realidade com corpos em forma de cilindros muito longos. Baldemor ainda consegue manter contato com o satélite e até vê as formas estranhas pelas imagens recebidas em sua "telelisão". Baldemor percebe que a velocidade do satélite é a mesma de quando estava em Saturno. Ele percebe também que o satélite permanece a uma distância constante do cilindro . Qual é a massa por unidade de comprimento do planeta?
Avançado
M4R10
Baldemor criou uma revolução na ciência e fundou a mecânica celeste. Após isso, fez vários feitos importantes, até ficar velho e achar melhor entrar em sono criogênico até que a humanidade fosse explorar o universo por si própria. Após certo tempo, acordaram Baldemor e mostraram a invenção do teletransporte, dizendo que haviam encontrado um planeta habitável. Quando Baldemor pôs o traje e passou pelo portal, uma instabilidade fechou o mecanismo antes que outra pessoa viesse com ele. Com isso, ele agora está sozinho num planeta estranho com um buraco negro grande e saliente. Por sorte, Baldemor trouxe alguns equipamentos de última geração para estudar o buraco negro batizado de M4R10 - inclusive um óculos que consegue enxergar, através do espaço-tempo, M4R10. Ajude o Baldemor!
(a) O planeta dá uma volta em torno de M4R10 a cada , sendo sua distância . Qual a massa de M4R10?
(b) Sendo assim, quanto seria a energia de repouso de M4R10?
(c) Usando um argumento de que a entropia de um buraco negro seria proporcional à sua área superficial (elevada a um expoente 1), calcule a expressão para a entropia de M4R10 em função da velocidade da luz, da constante gravitacional, da constante de Planck, da constante de Boltzmann e de sua massa. Por simplicidade, considere que a constante adimensional vale
(d) Derive uma expressão para sua temperatura e calcule também numericamente.
(e) Determine em quanto tempo o buraco negro vai evaporar.
Baldemor deseja ir para casa. Porém, ninguém veio ainda lhe resgatar. Por isso, acha o planeta Terra e o Gol (sua estrela nessa realidade) usando seu telescópio hiper-potente.
(f) Baldemor sabe muito bem que a luminosidade de Gol é , sua magnitude aparente é quando vista de seu planeta a e é sua magnitude absoluta. Perto de Mario, Baldemor mede uma paralaxe de para Gol e um fluxo de . Qual é a extinção interestelar por Megaparsec ?
Dados: