UFLA 2022 (PAS, 1ª etapa, junho) — questão 14 de Física

Enunciado em texto
Os “misteriosos” Buracos Negros foram “a estrela” do Nobel de Física de 2020. Eles podem ser descritos como estruturas do espaço-tempo em que a gravidade é tão grande que nada lhes escapa, nem mesmo a luz, e por isso levam esse nome. A superfície a partir da qual nada escapa é o chamado “Horizonte de Eventos”. O horizonte de eventos pode ser calculado a partir da seguinte equação:
em que é o horizonte de eventos em quilômetros também conhecido como raio de Schwarzschild; é a constante gravitacional; é a massa do objeto; é a massa do Sol e é a velocidade da luz ao quadrado. Hoje, sabemos que os Buracos Negros podem ser estelares – resultado final da evolução de estrelas com massas maiores do que 10 massas solares, ou supermassivos, que têm massas que variam de 1 milhão a 10 bilhões de massas solares. A massa do Buraco Negro do centro de nossa galáxia é, de aproximadamente 4 milhões de vezes a massa do nosso Sol, e a Terra tem uma massa .
Então, o horizonte de eventos para formar um Buraco Negro no centro de nossa galáxia e da Terra é:
A)
B)
C)
D)
(Enunciado: PAS/UFLA 1ª etapa (Grupos XXII e XXIII), prova de 26/06/2022 — Universidade Federal de Lavras.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Lavras (UFLA) e à sua Coordenadoria Geral de Processos Seletivos (COPESE/UFLA).
Resolução comentada
O que a questão pede: o raio do horizonte de eventos do buraco negro do centro da galáxia e o raio que a Terra teria se fosse comprimida até virar um buraco negro, usando a fórmula aproximada , em quilômetros.
Passo 1 — de onde vem o “3”. Para o Sol, km ≈ 3 km. Como é proporcional à massa, basta multiplicar 3 km pelo número de massas solares.
Passo 2 — o buraco negro do centro da galáxia. Com :
Passando para metros (1 km = m):
Passo 3 — a Terra. Com :
A Terra inteira precisaria caber numa bolinha de 9 mm de raio para virar um buraco negro.
Conferindo: a razão entre os dois raios tem de ser a razão entre as massas: ; e . Bate.
⚠️ A armadilha: esquecer que a fórmula dá em quilômetros e escrever o resultado direto em metros: 12 × 10⁶ m, como nas alternativas A e C. A D faz o erro contrário: escreve 12 × 10⁹ com a unidade km, mil vezes maior, e o raio da Terra como 9 × 10⁻³ mm, mil vezes menor.
A ideia em uma frase: ≈ 3 km por massa solar: 4 milhões de massas solares dão 12 × 10⁶ km = 12 × 10⁹ m, e a Terra, com 3 × 10⁻⁶ massa solar, dá 9 × 10⁻⁶ km = 9 mm.
Resposta: alternativa B ( m e 9 mm).
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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