Gravitação

Introdução

A Gravitação é a força de atração entre todos os objetos, que tende a juntá-los todos uns em direção aos outros. Esta é também uma força universal, que afeta todos os objetos, dos menores aos maiores, bem como todas as formas de matéria e energia. É a força que governa o movimento dos corpos do Universo, mantém a Lua em órbita em volta da terra e a terra e os outros planetas do sistema solar em órbita em volta do sol.

De uma maneira mais explicita, a gravitação comanda o movimento das estrelas e regula a força de expansão do Universo, pela atração que existe entre as galáxias. O termo gravitação refere-se à força em si, e o termo Gravidade à força de gravitação da Terra.

A Gravitação é uma das quatro forças fundamentais da natureza, junto com o eletromagnetismo e a forças nucleares fortes e fracas, as quais mantêm juntas as partículas que fazem os átomos.

É de longe a mais fraca destas forças, e como resultado, não é importante nas interações dos átomos e partículas dos núcleos, ou até nos objetos de tamanho médio, como as pessoas ou os carros. A Gravitação é importante somente quando objetos muito grandes, como planetas são considerados. Isto acontece por diversas razões.

Primeiro, esta força alcança grandes distâncias, enquanto as forças nucleares operam somente em distâncias extremamente efémeras, e diminuem a sua força muito rapidamente com a distância.

Segundo, a gravitação é sempre atrativa. No entanto, as forças eletromagnéticas entre as partículas podem ser repulsivas ou atrativas, dependendo se as mesmas têm cargas elétricas positivas ou negativas, ou tenham cargas elétricas opostas. Estas forças atrativas e repulsivas tendem a anular-se, deixando somente uma força residual. A Gravitação no entanto não tem forças repulsivas, e assim não existe anulação ou enfraquecimento.

A atração gravitacional entre os objetos é a mais fácil de se observar entre as forças fundamentais, e foi a primeira a ser descrita com uma teoria matemática completa, pelo físico e matemático Inglês Isaac Newton. Uma Teoria mais precisa chamada de Relatividade Geral foi formulada no princípio do século 20 pelo físico americano Albert Einstein, nascido na Alemanha. Os cientistas reconhecem que até esta teoria não é a mais correta na descrição de como a gravitação age em certas circunstâncias, e continuam a procurar uma teoria mais aperfeiçoada.

Leis Da Gravitação

Força gravitacional

Newton, ao estudar o movimento da Lua, concluiu que a força que faz com que ela esteja constantemente em órbita é do mesmo tipo que a força que a Terra exerce sobre um corpo nas suas proximidades. A partir daí criou a Lei da Gravitação Universal.

Lei da Gravitação Universal de Newton:

"Dois corpos atraem-se com força proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que separa seus centros de gravidade."

F - Força de atração gravitacional entre os dois corpos

G - Constante de gravitação universal

M e m - massa dos corpos

d - distância entre os centros de gravidade dos corpos.

Nas proximidades da Terra a aceleração da gravidade varia, mas em toda a Litosfera (camada em que há vida) esta pode ser considerada constante, seus valores para algumas altitudes determinadas são:

Altitude (km) Aceleração da Gravidade (m/s²) Exemplo de altitude

0 9,83 nível do mar

8,8 9,80 cume do Monte Everest

36,6 9,71 maior altura atingida por balão tripulado

400 8,70 órbita de um ônibus espacial

35700 0,225 satélite de comunicação

Aspetos importantes:

Se em vez de pontos materiais tivermos esferas homogéneas, a distância , r, a ser considerada é entre os centros.

A força gravitacional, F, é uma força de campo que atua a distância ao longo da reta que une os centros dos corpos.

Não depende do meio: o seu valor é o mesmo no ar, vácuo ou qualquer outro meio que esteja entre os corpos.

Como a constante G é muito pequena (6,67. 10-¹¹), a força F só tem intensidade apreciável se ao menos uma das massas for elevada, como a de um planeta. Para corpos pequenos (pessoas, objetos, veículos), a atração gravitacional F entre suas massas tem pequena intensidade e é desprezível.

Esta lei estabelece duas relações importantes:

Quanto maior a distância entre dois corpos, menor a força de atração, e vice-versa.

Quanto maior as massas dos corpos, maior a força de atração, e vice-versa.

Leis de Kepler

Ao observarem o céu, os nossos ancestrais perceberam que alguns astros descrevem um movimento regular, o que fez com que obtivessem uma noção de tempo e de épocas do ano.

Primeiro, concluiu-se que o Sol e os outros planetas observados giravam em torno da Terra. Mas este modelo, chamado de Modelo Geocêntrico, apresentava diversas falhas, que incentivaram o estudo deste sistema por milhares de anos.

Por volta do século XVI, Nicolau Copérnico (1473-1543) apresentou um modelo Heliocêntrico, em que o Sol estava no centro do universo, e os planetas descreviam órbitas circulares à sua volta.

No século XVII, Johanes Kepler (1571-1630) enunciou as leis que regem o movimento planetário, utilizando anotações do astrónomo Tycho Brahe (1546-1601).

Kepler formulou três leis que ficaram conhecidas como Leis de Kepler.

1ª Lei de Kepler