UEA 2018 — questão 61 de Física

Enunciado em texto
A figura representa a órbita elíptica de determinado planeta em torno de sua estrela. O período de translação desse planeta é T e o intervalo de tempo necessário para que ele percorra o arco AB é .
[Figura (fora de escala): órbita elíptica vertical, com a estrela perto da extremidade inferior. Três pontos da órbita, A (embaixo, à esquerda), B (embaixo, à direita) e C (à direita, mais acima), estão ligados à estrela. A área , entre os segmentos estrela–A, estrela–B e o arco AB, e a área , entre os segmentos estrela–B, estrela–C e o arco BC, estão destacadas. O restante da elipse, do arco CA (que passa pelo topo), aparece em outra cor. Uma seta junto ao planeta, no lado esquerdo superior da órbita, indica que ele se move descendo em direção a A, ou seja, no sentido A → B → C → A.]
Considerando que as áreas e sejam iguais, o intervalo de tempo necessário para que o planeta percorra o arco CA é
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
(Enunciado e figura: Vestibular UEA 2018, Prova de Conhecimentos Gerais — UEA/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado do Amazonas (UEA) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: quanto tempo o planeta leva no arco CA, o pedaço restante da órbita.
Passo 1 — a lei das áreas. Pela segunda lei de Kepler, o segmento que liga a estrela ao planeta varre áreas iguais em tempos iguais. Como , o arco BC leva o mesmo tempo que o arco AB:
Passo 2 — o que sobra da volta. A volta completa (A → B → C → A) leva o período T:
Conferindo pelas áreas: a área total da elipse é varrida em T. Se corresponde a 1/5 do tempo, ela é 1/5 da área da elipse; são 2/5, e a região do arco CA, os 3/5 restantes.
⚠️ A armadilha: achar que o tempo é proporcional ao comprimento do arco. O planeta é mais rápido perto da estrela (arcos AB e BC) e mais lento longe dela; o que é proporcional ao tempo é a área varrida, não o caminho percorrido.
A ideia em uma frase: áreas iguais, tempos iguais: AB e BC levam T/5 cada, e CA fica com os 3T/5 restantes.
Resposta: alternativa D (3T/5).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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