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O matemático e astrônomo Johannes Kepler elaborou três leis que nos possibilitaram compreender a cinemática dos corpos celestiais. Estas leis foram de fundamental importância para o avanço da astronomia e astrofísica.
Por meio da primeira lei, Kepler afirmou que não só a terra, mas todos os planetas do sistema solar descrevem órbitas elípticas, das quais o Sol ocupa um dos seus focos.
Também conhecida como a lei das áreas, a segunda lei de Kepler diz respeito à velocidade que um planeta completa sua órbita ao redor do sol. Kepler notou que o vetor velocidade (originado no sol) varre áreas iguais em tempos iguais, por isso o nome lei das áreas. É por isso que durante o periélio o planeta se movimenta mais rápido que no afélio; para que haja proporcionalidade entre as áreas varridas no tempo.
Com a terceira lei Kepler, pode-se concluir que há uma proporcionalidade nos tempos de durações das órbitas dos planetas e o raio médio destas, e por isso é também conhecida como a lei dos tempos de Kepler. A relação dos tempos é:
Onde r é o raio médio da órbita.
Johannes Kepler, conseguiu descrever as órbitas dos planetas ao redor do Sol. Entretanto, apenas em 1687 Isaac Newton explicou o porquê de tais órbitas. Newton propôs que houvesse uma força de atração entre o Sol e os planetas para que estes continuassem suas órbitas ao redor do Sol, denominada força gravitacional.
A relação matemática para calcular a magnitude da força de atração entre os corpos proposta por Newton é:
Onde:
(UFRGS) Em 12 de agosto de 2018, a NASA lançou uma sonda espacial, a Parker Solar Probe, com objetivo de aprofundar estudos sobre o Sol e o vento solar (o fluxo contínuo de partículas emitidas pela coroa solar). A sonda deverá ser colocada em uma órbita tal que, em seu ponto de máxima aproximação do Sol, chegará a uma distância deste menor que \(\frac{\text{1}}{\text{24}}\) da distância Sol-Terra.
Considere FT o módulo da força gravitacional exercida pelo Sol sobre a sonda, quando esta se encontra na atmosfera terrestre, e considere FS o módulo da força gravitacional exercida pelo Sol sobre a sonda, quando a distância desta ao Sol for igual a \(\frac{\text{1}}{\text{24}}\) da distância Sol-Terra.
A razão \(\frac{{{\text{F}}_{\text{s}}}}{{{\text{F}}_{\text{T}}}}\) entre os módulos dessas forças sobre a sonda é igual a
(UFU) A intensidade da força gravitacional em cada um dos planetas do Sistema Solar é diferente. Comparando-se dados da Terra com os de Saturno, tem-se que a massa de nosso planeta é aproximadamente cem vezes menor que a de Saturno, e o raio de Saturno é cerca de nove vezes maior do que o terrestre.
Se um objeto na superfície da Terra tem peso P quando colocado na imaginária superfície de Saturno, terá peso, aproximadamente, de
(PUCCAMP) Para que um satélite seja utilizado para transmissões de televisão, quando em órbita, deve ter a mesma velocidade angular de rotação da Terra, de modo que se mantenha sempre sobre um mesmo ponto da superfície terrestre.
Considerando R o raio da órbita do satélite, dado em km, o módulo da velocidade escalar do satélite, em km/h, em torno do centro de sua órbita, considerada circular, é
(UEFS) A figura representa a trajetória elíptica de um planeta em movimento de translação ao redor do Sol e quatro pontos sobre essa trajetória: M, P (periélio da órbita), N e A (afélio da órbita).
O módulo da velocidade escalar desse planeta
(UDESC) Analise as proposições abaixo sobre as principais características dos modelos de sistemas astronômicos.
I - Sistema dos gregos: a Terra, os planetas, o Sol e as estrelas estavam incrustadas em esferas que giravam em torno da Lua.
II - Ptolomeu supunha que a Terra se encontrava no centro do Universo; e os planetas moviam-se em círculos, cujos centros giravam em torno da Terra.
III - Copérnico defendia a ideia de que o Sol estava em repouso no centro do sistema e que os planetas (inclusive a Terra) giravam em torno dele em órbitas circulares.
IV - Kepler defendia a ideia de que os planetas giravam em torno do Sol, descrevendo trajetórias elípticas, e o Sol estava situado em um dos focos dessas elipses.
Assinale a alternativa correta.
(UDESC) Analise as proposições com relação às Leis de Kepler sobre o movimento planetário.
I. A velocidade de um planeta é maior no periélio.
II. Os planetas movem-se em órbitas circulares, estando o Sol no centro da órbita.
III. O período orbital de um planeta aumenta com o raio médio de sua órbita.
IV. Os planetas movem-se em órbitas elípticas, estando o Sol em um dos focos.
V. A velocidade de um planeta é maior no afélio.
Assinale a alternativa correta.
(FGV) Curiosamente, no sistema solar, os planetas mais afastados do Sol são os que têm maior quantidade de satélites naturais, principalmente os de maior massa, como Júpiter e Saturno, cada um com mais de 60 satélites naturais. Considere 2 satélites A e B de Júpiter. O satélite A dista R do centro de Júpiter e o satélite B dista 4R do mesmo centro. Se A demora n dias terrestres para completar uma volta em torno de Júpiter, o número de dias terrestres em que B completa uma volta em torno do mesmo planeta é
(UFRN) A partir do final da década de 1950, a Terra deixou de ter apenas seu único satélite natural – a Lua –, e passou a ter também satélites artificiais, entre eles os satélites usados para comunicações e observações de regiões específicas da Terra. Tais satélites precisam permanecer sempre parados em relação a um ponto fixo sobre a Terra, por isso são chamados de “satélites geoestacionários”, isto é, giram com a mesma velocidade angular da Terra. Considerando tanto a Lua quanto os satélites geoestacionários, pode-se afirmar que:
(UFRGS) As forças que se observam na natureza podem ser explicadas em termos de quatro interações fundamentais.
Na primeira coluna do quadro abaixo, estão listadas as quatro interações fundamentais; na segunda, exemplos de fenômenos que se observam na natureza.
Assinale a alternativa que associa corretamente as interações fundamentais, mencionadas na primeira coluna, aos respectivos exemplos, listados na segunda.
(UFTM) No sistema solar, Netuno é o planeta mais distante do Sol e, apesar de ter um raio 4 vezes maior e uma massa 18 vezes maior do que a Terra, não é visível a olho nu. Considerando a Terra e Netuno esféricos e sabendo que a aceleração da gravidade na superfície da Terra vale 10 m/s², pode-se afirmar que a intensidade da aceleração da gravidade criada por Netuno em sua superfície é, em m/s², aproximadamente:
(FAMERP) Um satélite de massa m foi colocado em órbita ao redor da Terra a uma altitude h em relação à superfície do planeta, com velocidade angular ω.
Para que um satélite de massa 2 · m possa ser colocado em órbita ao redor da Terra, na mesma altitude h, sua velocidade angular deve ser
(FGV) Johannes Kepler (1571-1630) foi um cientista dedicado ao estudo do sistema solar. Uma das suas leis enuncia que as órbitas dos planetas, em torno do Sol, são elípticas, com o Sol situado em um dos focos dessas elipses. Uma das consequências dessa lei resulta na variação
(UFRGS) A figura abaixo representa dois planetas, de massas m₁ e m₂, cujos centros estão separados por uma distância D, muito maior que os raios dos planetas.
Sabendo que é nula a força gravitacional sobre uma terceira massa colocada no ponto P, a uma distância \(\frac{\text{D}}{\text{3}}\) de \({m}_{1}\), a razão \(\frac{{{m}_{1}}}{{{m}_{2}}}\) entre as massas dos planetas é
(PUC) Dois corpos A e B, de massa 16M e M, respectivamente, encontram-se no vácuo e estão separados por uma certa distância. Observa-se que um outro corpo, de massa M, fica em repouso quando colocado no ponto P, conforme a figura. A razão x/y entre as distâncias indicadas é igual a:
O módulo da velocidade escalar desse planeta
(UFMA) Seja F a força de atração do Sol sobre um planeta. Se a massa do Sol se tornasse três vezes maior, a do planeta, cinco vezes maior, e a distância entre eles fosse reduzida à metade, a força de atração entre o Sol e o planeta passaria a ser:
(UEFS)
A figura mostra como a força gravitacional entre dois corpos de massas M₁ e M₂ varia com a distância entre seus centros de massas.
Baseado nas informações contidas no diagrama, é correto afirmar que a razão \(\frac{{{F}_{1}}}{{{F}_{2}}}\) é dada por
(EEAR) Dois corpos de massas m₁ e m₂ estão separados por uma distância d e interagem entre si com uma força gravitacional F. Se duplicarmos o valor de m₁ e reduzirmos a distância entre os corpos pela metade, a nova força de interação gravitacional entre eles, em função de F, será
(UFJF-PISM 1) Um satélite geoestacionário é um satélite que se move em uma órbita circular acima do Equador da Terra seguindo o movimento de rotação do planeta em uma altitude de Nesta órbita, o satélite parece parado em relação a um observador na Terra. Satélites de comunicação, como os de TV por assinatura, são geralmente colocados nestas órbitas geoestacionárias. Assim, as antenas colocadas nas casas dos consumidores podem ser apontadas diretamente para o satélite para receber o sinal.
Sobre um satélite geoestacionário é correto afirmar que:
(PUCCAMP) É a força gravitacional que governa as estruturas do universo, desde o peso dos corpos próximos à superfície da Terra até a interação entre as galáxias, assim como a circulação da Estação Espacial Internacional em órbita ao redor da Terra.
Suponha que um objeto de massa e peso quando próximo à superfície da Terra seja levado para a Estação Espacial Internacional. Lá, o objeto terá
(FUVEST) No sistema solar, o planeta Saturno tem massa cerca de 100 vezes maior do que a da Terra e descreve uma órbita, em torno do Sol, a uma distância média 10 vezes maior do que a distância média da Terra ao Sol (valores aproximados). A razão FS/FT entre a intensidade da força gravitacional com que o Sol atrai Saturno e a intensidade da força gravitacional com que o Sol atrai a Terra, é de, aproximadamente:
(UECE) Considere duas massas puntiformes de mesmo valor m, com cargas elétricas de mesmo valor Q e sinais opostos, e mantidas separadas de uma certa distância. Seja G a constante de gravitação universal e k a constante eletrostática. A razão entre as forças de atração eletrostática e gravitacional é
(PUCRJ) Dois pequenos satélites de mesma massa descrevem órbitas circulares em torno de um planeta, tal que o raio da órbita de um é quatro vezes menor que o do outro. O satélite mais distante tem um período de 28 dias.
Qual é o período, em dias, do satélite mais próximo?
(UECE) A força da gravidade sobre uma massa m acima da superfície e a uma distância d do centro da Terra é dada por mGM/d², onde M é a massa da Terra e G é a constante de gravitação universal. Assim, a aceleração da gravidade sobre o corpo de massa m pode ser corretamente escrita como
(UFRGS) A elipse, na figura abaixo, representa a órbita de um planeta em torno de uma estrela S. Os pontos ao longo da elipse representam posições sucessivas do planeta, separadas por intervalos de tempo iguais. As regiões alternadamente coloridas representam as áreas varridas pelo ralo da trajetória nesses intervalos de tempo. Na figura, em que as dimensões dos astros e o tamanho da órbita não estão em escala, o segmento de reta \(\overline{SH}\) representa o raio focal do ponto H, de comprimento p.
Considerando que a única força atuante no sistema estrela-planeta seja a força gravitacional, são feitas as seguintes afirmações.
I - As áreas \({S}_{1}\) e \({S}_{2}\), varridas pelo raio da trajetória, são iguais.
II - O período da órbita é proporcional a \({p}^{3}\).
III - As velocidades tangenciais do planeta nos pontos A e H, V\(_A\) e V\(_H\), são tais que V\(_A\) > V\(_H\).
Quais estão corretas?
(UFJF-PISM 1) Muitas teorias sobre o Sistema Solar se sucederam, até que, no século XVI, o polonês Nicolau Copérnico apresentou uma versão revolucionária. Para Copérnico, o Sol, e não a Terra, era o centro do sistema. Atualmente, o modelo aceito para o Sistema Solar é, basicamente, o de Copérnico, feitas as correções propostas pelo alemão Johannes Keppler e por cientistas subsequentes.
Sobre Gravitação e as Leis de Kepler, considere as afirmativas, a seguir, verdadeiras (V) ou falsas (F).
I - Adotando-se o Sol como referencial, todos os planetas movem-se descrevendo órbitas elípticas, tendo o Sol como um dos focos da elipse.
II - O vetor posição do centro de massa de um planeta do Sistema Solar, em relação ao centro de massa do Sol, varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais, não importando a posição do planeta em sua órbita.
III - O vetor posição do centro de massa de um planeta do Sistema Solar, em relação ao centro de massa do Sol, varre áreas proporcionais em intervalos de tempo iguais, não importando a posição do planeta em sua órbita.
IV - Para qualquer planeta do Sistema Solar, o quociente do cubo do raio médio da órbita pelo quadrado do período de revolução em torno do Sol é constante.
Assinale a alternativa CORRETA.
(ACAFE) Após o lançamento do primeiro satélite artificial Sputnik I pela antiga União Soviética (Rússia) em 1957, muita coisa mudou na exploração espacial. Hoje temos uma Estação Espacial internacional (ISS) que orbita a Terra em uma órbita de raio aproximadamente 400km. A ISS realiza sempre a mesma órbita ao redor da Terra, porém, não passa pelo mesmo ponto fixo na Terra todas as vezes que completa sua trajetória. Isso acontece porque a Terra possui seu movimento de rotação, ou seja, quando a ISS finaliza sua órbita, a Terra girou, posicionando-se em outro local sob a Estação Espacial.
Considere os conhecimentos de gravitação e o exposto acima e assinale a alternativa correta que completa as lacunas das frases a seguir.
A Estação Espacial Internacional ____________ como um satélite geoestacionário. Como está em órbita ao redor da Terra pode-se afirmar que a força gravitacional __________ sobre ela.
(G1-CFTMG) A terceira Lei de Kepler estabelece uma proporção direta entre o quadrado do período de translação de um planeta em torno do sol e o cubo do raio médio da órbita. A partir dessa Lei, é correto afirmar que
(FGV) A massa da Terra é de 6,0 · 10²⁴ kg, e a de Netuno é de 1,0 · 10²⁶ kg. A distância média da Terra ao Sol é de 1,5 · 10¹¹ m, e a de Netuno ao Sol é de 4,5 · 10¹² m. A razão entre as forças de interação Sol-Terra e Sol-Netuno, nessa ordem, é mais próxima de
(G1-IFSP) Muitos ainda acreditam que como a órbita da Terra em torno do Sol é uma elipse e o Sol não está no centro dessa elipse, as estações do ano ocorrem porque a Terra ora fica mais próxima do Sol, ora mais afastada. Se isso fosse verdade, como se explica o fato de o Natal ocorrer numa época fria (até nevar) nos países do hemisfério norte e no Brasil ocorrer numa época de muito calor? Será que metade da Terra está mais próxima do Sol e a outra metade está mais afastada? Isso não faz sentido. A existência das estações do ano é mais bem explicada
(UFRGS) Considere o raio médio da órbita de Júpiter em torno do Sol igual a 5 vezes o raio médio da órbita da Terra.
Segundo a 3ª Lei de Kepler, o período de revolução de Júpiter em torno do Sol é de aproximadamente
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