Conteúdos

O objetivo deste roteiro de estudos de física é abordar o que são órbitas circulares e órbitas elípticas, suas propriedades e características.

Objetivos

• Entender as propriedades e as características das órbitas circulares e elípticas;
• Conhecer as leis de Kepler e a Lei da Gravitação Universal de Newton; e
• Estudar a transição entre órbitas circulares e elípticas, bem como as implicações no movimento de corpos celestes.

Conteúdos / Objetos do conhecimento:

• Órbitas circulares e elípticas em satélites.

Palavras-chave:

Órbitas circulares. Órbitas elípticas. Satélites.

Proposta de trabalho:

Este roteiro de estudos busca fornecer aos alunos uma explicação sobre quais são os tipos de órbitas que existem e quais as suas características.

Bons estudos!

1ª Etapa: Introdução ao estudo de órbitas

Esta etapa tem como objetivo ajudá-lo a compreender os conceitos básicos sobre o movimento dos corpos no espaço.

Chamamos de órbitas as trajetórias curvas seguidas por um objeto que está sendo atraído por outro corpo, devido à força gravitacional. Em outras palavras, uma órbita é o caminho que um objeto, como um planeta, lua ou satélite, segue ao redor de um corpo mais massivo, como o Sol ou a Terra. Esse movimento é governado pela interação gravitacional entre os corpos envolvidos.

Existem dois tipos de órbitas: as órbitas circulares e as órbitas elípticas.

Para saber mais sobre órbitas, assista:

GAME COM CIÊNCIA. A Simples Ideia das Órbitas!

Acesso em: 16 de dezembro de 2024.

FELIPE HIME. Como Funciona a Órbita?

Acesso em: 16 de dezembro de 2024.

2ª Etapa: Órbitas circulares e órbitas elípticas em satélites

ÓRBITAS CIRCULARES

Em uma órbita circular, o objeto segue um caminho perfeitamente redondo ao redor de um corpo central. A distância entre o objeto e o corpo central permanece constante durante todo o percurso.

Exemplos: satélites em órbitas geossíncronas ao redor da Terra.

Características da órbita circular:

• Forma: A trajetória é perfeitamente circular, com o satélite mantendo uma distância constante do planeta ou corpo central.
• Velocidade: A velocidade do satélite é constante, pois a força gravitacional e a força centrífuga se equilibram. Para um satélite estar em órbita circular, ele deve se mover a uma velocidade específica, que depende da massa do corpo central (por exemplo, a Terra) e da distância entre o satélite e o corpo central.
• Aceleração: Mesmo com velocidade constante, o satélite sofre aceleração centrípeta, pois a direção de sua velocidade está sempre mudando, à medida que ele segue a órbita.

Exemplo de uso de órbita circular:

Satélites de comunicação: Satélites em órbitas circulares são usados principalmente em comunicações, como satélites de TV, internet e GPS. A órbita geoestacionária, por exemplo, é uma órbita circular com uma altitude de cerca de 35.786 km acima da superfície da Terra, em que o satélite gira na mesma velocidade da rotação da Terra, permitindo que ele permaneça em um ponto fixo sobre os planetas. Para órbitas altas, o custo de colocar um satélite nessa órbita é elevado, devido à necessidade de alta energia para alcançar essas altitudes.

ÓRBITAS ELÍPTICAS

A órbita elíptica tem uma forma de “ovo”, sendo um caminho mais alongado que o circular. A distância entre o objeto e o corpo central varia durante o movimento orbital. Em alguns pontos da órbita, o objeto está mais próximo (periélio); em outros, mais distante (afélio).

Exemplos: a órbita da Terra ao redor do Sol, que é ligeiramente elíptica.

O movimento orbital de um objeto é resultado do equilíbrio entre a força gravitacional, que puxa o objeto em direção ao corpo central, e a força centrífuga gerada pela velocidade do objeto. A gravidade mantém o objeto na órbita, enquanto a velocidade impede que ele caia diretamente no corpo central.

Características da órbita elíptica:

• Forma: A órbita tem forma de elipse, o que significa que a distância entre o satélite e o corpo central varia ao longo do percurso.
• Velocidade variável: A velocidade do satélite não é constante. Ele se move mais rápido quando está mais próximo do planeta (periapsis) e mais devagar quando está mais distante (apoapsis), devido à variação da força gravitacional.
• Excentricidade: A excentricidade da órbita elíptica descreve quão “esticada” ou “achatada” a órbita é. Uma órbita circular tem excentricidade zero, enquanto uma órbita muito alongada pode ter uma excentricidade próxima de 1.

Exemplo de uso de órbita elíptica:

Satélites de observação da Terra: Satélites em órbitas elípticas são frequentemente usados para monitoramento ambiental e meteorológico. Eles podem ser colocados em órbitas altamente elípticas (Hohmann ou Molniya), que permitem que o satélite passe mais tempo sobre certas regiões da Terra.

• Órbita de Hohmann: Usada para transferir satélites entre órbitas circulares.
• Órbita Molniya: Uma órbita altamente elíptica, útil para satélites de comunicação em latitudes altas, permitindo uma cobertura prolongada de áreas específicas.

Vantagens da órbita elíptica:

• Permite que o satélite passe mais tempo em determinadas regiões da Terra, o que é útil para a observação de áreas específicas, como para satélites meteorológicos ou de comunicação em regiões polares.
• Menor custo de lançamento, pois o satélite não precisa alcançar uma órbita circular alta diretamente.
• Para o estudo das órbitas, devemos nos atentar a algumas leis importantes, sendo elas:
  • Lei da Gravitação Universal de Newton: Afirma que todos os corpos no universo se atraem com uma força proporcional à massa de cada um e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles.
  • Leis de Kepler: Descrevem o movimento dos planetas ao redor do Sol, estabelecendo que as órbitas são elípticas, com o Sol em um dos focos, e que a velocidade de um planeta varia ao longo da órbita.

(Como sugestão, realize uma revisão sobre as leis mencionadas acima, de forma a complementar os seus conhecimentos sobre órbitas.)

Abaixo, seguem algumas sugestões de vídeos para revisão:

COMO É BOM SER NERD – PURA FÍSICA. Gravitação: Leis de Kepler | Física.

Acesso em: 16 de dezembro de 2024.

‌FÍSICA COM DOUGLAS. Gravitação Universal de Newton.

Acesso em: 16 de dezembro de 2024.

Bons estudos!

Roteiro de estudos elaborado pela Professora Gabriela Ribeiro do Prado.

Coordenação Pedagógica: Prof.ª Dr.ª Aline Bitencourt Monge.

Revisão textual: Professora Daniela Leite Nunes.

Crédito da imagem: adventtr – Getty Images