Satélites

                                          

A atração da Terra está dirigida para seu centro

    Qualquer corpo situado na superfície da Terra é atraído gravitacionalmente por ela (peso do corpo). Newton demonstrou que essa força de atração está dirigida para o centro C da Terra (como se a massa da Terra estivesse toda ela concentrada em C).

     Então, qualquer que seja o local da Terra onde uma pessoa (ou um objeto qualquer) se encontre, seu peso P (com flechinha emcima) está dirigido para o centro C. Em cada local, a direção do peso define o que se denomina vertical do lugar. Por este motivo, quando se deseja obter a vertical de um dado lugar, usa-se “o fio de prumo” (um peso pendurado em uma linha). A direção horizontal, fornecida pela superfície de um líquido em equilíbrio, é perpendicular à vertical.

    Quando uma pessoa se encontra na superfície da Terra, o sentindo “para baixo” é sempre o sentido da força peso, e o sentido “para cima” é o sentido contrário.

    Satélites artificiais: atualmente são colocados em órbita em torno da Terra muitos satélites artificiais, com as mais diversas finalidades: observações meteorológicas, telecomunicações, pesquisas (ecológicas, atmosféricas e da superfície terrestre) e, mais frequentemente, militar.

    O lançamento de satélites artificiais foi uma grande conquista da tecnologia moderna, embora as ideias básicas da física referentes a este problema já tivessem sido analisadas por Newton.

   Para colocar um satélite em órbita é necessário levá-lo, por meio de poderosos foguetes, até a altura H na qual se deseja que entre em órbita. O valor de H não deve ser inferior, aproximadamente, a 200 km, para que o satélite gire praticamente fora da atmosfera terrestre, onde a resistência do ar é desprezível, não perturbando o seu movimento.

   Atingida a altura desejada, ainda por meio de foguetes o satélite é lançado horizontalmente, com uma velocidade V (com flechinha emcima) tal que lhe permita entrar em orbita. Isto ocorre em virtude da atração gravitacional da Terra sobre ele, que lhe proporciona a força centrípeta F (com flecha) necessária para um corpo descrever a trajetória circular.

  Esta situação é semelhante à da Lua girando em torno da Terra. Adquirindo a velocidade desejada pela impulsão dos foguetes, o satélite entre, então em órbita circular em torno do centro da Terra.

   Este diagrama é encontrado na célebre obra de Newton, Principia. Neste diagrama ele ilustrava como seria possível colocar um satélite em órbita em torno da Terra. Apesar desta clara visão de Newton a respeito do problema, a concretização do lançamento de satélites só ocorreu cerca de 250 anos mais tarde, quando o desenvolvimento tecnológico necessário foi lançado.

   O satélite estacionário: é possível mostrar, a partir da lei da gravitação universal, que quanto mais alta a órbita do satélite, menor a velocidade que deve ser comunicada a ele para que permaneça na órbita. Consequentemente, maior o tempo que ele gasta para dar uma volta, ou seja, maior o seu período T (sua velocidade é menor e o comprimento de sua trajetória é maior).

   Quando se calcula T para algumas alturas obtém-se, por exemplo:

   - para h = 300 km o período é T = 1 h e 30 min;

   - para h = 20000 km o período é T = 12 h;

   - para h = 36000 km o período é T = 24 h.

    Então, se um satélite for colocado em órbita em um ponto verticalmente sobre o equador da Terra (no plano do equador), a uma altura h=36000 km (girando no mesmo sentido de rotação da Terra), ele gastará, para dar uma volta, o mesmo tempo (24 h) que a Terra levará para efetuar uma rotação completa em torno de seu eixo.

    Assim, o satélite, ao girar, permanecerá sempre sobre um mesmo ponto do equador. Para um observador na Terra, o satélite parecerá estar em repouso. Por este motivo, ele é denominado satélite estacionário, como são os satélites usados atualmente em telecomunicações (tipo Intelsat).

   OBS: o raio r da órbita de um satélite é dado por r=R+h.