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A Lei da Gravidade: Isaac Newton e a Gravitação Universal. É Física Enem

Relembre tudo sobre a Lei da Gravitação Universal em mais esta aula de revisão para a prova de Física Enem. O Exame Nacional do Ensino Médio está chegando!

A Gravitação Universal – Em 1687, com a publicação de Princípios matemáticos da Filosofia Natural, Isaac Newton (1642 – 1727) lançou as bases da Física Clássica, propondo a lei da atração gravitacional para explicar o movimento dos planetas em torno do Sol, e da Lua ao redor da Terra.

Segundo diz a lenda, uma maçã caiu sobre a cabeça de Isaac Newton enquanto ele descansava embaixo de uma macieira. Nesse momento, ele compreendeu que as leis que regiam as interações dos corpos aqui na Terra eram as mesmas que nos céus; o porquê da queda de um corpo poderia ser explicado da mesma forma do porquê um planeta gira em torno do Sol. Nasciam, ali, os fundamentos da Lei da Gravidade, que levariam aos princípios da Gravitação Universal.Física Enem

A lógica de pensamento estabelecida por Isaac Newton tornavam muito simples e eficaz o entendimento do princípio da Gravitação Universal:   O Sol exerce uma força de atração sobre os Planetas;  A Terra exerce uma atração sobre a Lua; E, A ‘terra’ exerce uma força de atração sobre os corpos que estão ‘perto’ dela.  Por isso, então, entende-se que  a maçã ‘cai’, pois é ‘puxada’ pela terra. Ajudou você a compreender?

A Lei da Gravitação Universal

Em seu livro Princípios matemáticos da Filosofia Natural,  Isaac Newton estabelece a lei da gravitação universal, o qual segundo esta lei, matéria atrai matéria na razão direta do produto entre suas massas e na razão inversa do quadrado da distância que as separa. A equação que relaciona a força de atração entre dois corpos de massa m1 e m2 e separadas por uma distância d é dada por:A fórmula da Lei da Gravitação Universal

onde G é denominada constante de gravitação universal, e no SI, temo, G = 6,67∙10-11 N∙m2/kg2figura_17.jpg

O Campo gravitacional

Todo corpo material, no espaço ao seu redor, se origina um campo de forças denominado campo gravitacional. Embora não possamos ver ou tocar, podemos sentir seus efeitos. Um exemplo disso são os corpos que entram no campo gravitacional da Terra, como pequenos cometas, que ao passarem próximos a ela, são atraídos e muitas vezes entram na atmosfera.

O campo gravitacional (g) depende da distância (d) ao centro de massa do corpo, e da sua massa (m), podendo ser calculada pela seguinte expressão:6256.png

Corpos em órbitas circulares

Para que um corpo se mantenha em uma órbita em torno de um planeta ou uma estrela, é necessário que a força centrípeta, que é a responsável por manter esse corpo em um movimento circular uniforme, seja igual à força gravitacional de atração entre o corpo e o planeta.

Desta forma, para que estas forças estejam em equilíbrio, é necessário que o corpo tenha uma específica velocidade, que irá depender da massa do planeta (m), e da distância dos centros de massa do corpo e do planeta (d). Esta velocidade é chamada de velocidade de órbita, e é calculada através da equação:6263.png

As Três Leis de Newton

As  contribuições do físico Inglês para os fundamentos da Mecânica Clássica vão além da Lei da Gravitação Universal. Ele formulou descobertas incríveis que ficaram conhecidas como As Três Leis de Newton: 1ª – O Princípio da Inércia; 2ª – O Princípio da Dinâmica; e, 3ª – Lei da Ação e Reação.  As Três Leis de Newton

Estas ‘Leis de Newton’ deram a base para a evolução da ciência contemporânea relacionada à mecânica. Veja aqui uma aula gratuita sobre As Três Leis de Newton. Continue agora com a Gravitação Universal.

Os satélites no espaço:

A imagem abaixo é da EEI (Estação Espacial Internacional), um laboratório espacial em construção desde 1998, numa colaboração conjunta de diversos países do mundo, entre eles o Brasil. Esta estação encontra-se em órbita a uma altura de 340 km, o que possibilita ser vista a olho nu, e viaja a uma velocidade média de 27.700 km/h, completando 15,77 órbitas por dia.figura_18.jpg

Velocidade de escape

Quando jogamos uma pedra para o alto, ela normalmente sobe uma certa altura e depois cai. Se jogarmos novamente com mais força ela irá subir desta vez mais alto, e ainda assim cair. Será que em algum momento poderíamos jogar esta pedra com uma velocidade que ela não viesse a cair? Sim, podemos fazer isso, e quando atingimos essa velocidade, nós estamos lançando a pedra com o que chamamos de velocidade de escape.

Dica 1 – Relembre sobre a Gravitação Universal (Parte 1) em mais esta aula preparatória para a prova de Física Enem. Estude conosco para o Exame Nacional do Ensino Médio! – https://blogdoenem.com.br/gravitacao-universal-fisica-enem/

Um corpo, próximo de um planeta de massa m, a uma distância d do centro de massa do planeta, poderá escapar do seu campo gravitacional se lançado com a seguinte velocidade:6275.png

Aula Gratuita sobre a Gravitação Universal

Saiba mais sobre Gravitação Universal nesta aula do canal Exercitah Questões, disponível no Youtube. Após assistir, revise o que você aprendeu respondendo aos nossos desafios!


[youtube http://www.youtube.com/watch?v=Kqd57MbpIWQ]

Desafios

Questão 01

(UFMG) Para um observador no interior de uma nave espacial em órbita em torno da Terra, os objetos do interior da nave parecem flutuar no espaço. Indique a alternativa que apresenta a melhor explicação para esse fenômeno.

figura_19.jpg

a) A força gravitacional que atua sobre a nave é anulada pela força centrípeta.

b) A força gravitacional que atua sobre a nave é anulada pela força exercida pelo motor da nave.

c) A nave espacial está sujeita a forças gravitacionais muito pequenas.

d) A nave espacial se movimenta numa região do espaço onde existe vácuo.

e) Os objetos dentro da nave espacial e a nave têm a mesma aceleração.

Dica 2 – Dica 1 – Revise sobre Conservação e dissipação da energia nesta aula preparatória para a prova de Física Enem. Estude conosco para o Exame Nacional do Ensino Médio! – https://blogdoenem.com.br/conservacao-dissipacao-da-energia-fisica-enem/

Questão 02

Sabe-se que Marte tem massa aproximadamente 10 vezes menor que a da Terra, que a aceleração da gravidade na superfície da Terra é aproximadamente 2,5 vezes maior que a de Marte e admite-se que os dois planetas têm forma esférica. Sendo RM e RT, respectivamente, os raios de Marte e da Terra, determine a razão

6286.png

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

Dica 3 – Relembre tudo sobre os princípios da Eletrostática nesta aula de revisão para a prova de Física Enem. Fique preparado para o Exame Nacional do Ensino Médio!  – https://blogdoenem.com.br/os-principios-da-eletrostatica-fisica-enem/

Questão 03

Imagine que desapareça repentinamente a força de gravitação entre a Terra e o Sol, e que seja desprezível a força de atração de qualquer outro astro sobre ela. Então a Terra:

a) continuará girando em torno do Sol.

b) ficará parada em relação ao Sol.

c) passará a deslocar-se em movimento retilíneo uniformemente retardado em relação ao Sol.

d) passará a deslocar-se em movimento retilíneo uniforme em relação ao Sol.

e) cairá em direção ao Sol.

Questão 04

(UFMA) A intensidade da força de atração gravitacional entre 2 esferas de massas “M” é “F”, quando a distância entre elas é “D”. Qual a intensidade da força de atração entre duas esferas de massas “M/2” quando a distância entre elas for “2D”?

a) 2F

b) F/4

c) F/8

d) F/16

Questão 05

(UERJ) Embora sua realização seja impossível, imagine a construção de um túnel entre os dois polos geográficos da Terra, e que uma pessoa, em um dos polos, caia pelo túnel, que tem 12.800 km de extensão, como ilustra a figura a seguir.

figura_20.jpg

Admitindo que a Terra apresente uma constituição homogênea e que a resistência do ar seja desprezível, a aceleração da gravidade e a velocidade da queda da pessoa, respectivamente, são nulas nos pontos indicados pelas seguintes letras:

a) Y – W

b) W – X

c) X – Z

d) Z – Y

 Você consegue resolver estes exercícios? Então resolva e coloque um comentário no post, logo abaixo, explicando o seu raciocínio e apontando a alternativa correta para cada questão. Quem compartilha a resolução de um exercício ganha em dobro: ensina e aprende ao mesmo tempo. Ensinar é uma das melhores formas de aprender!