Gravitação e introdução à Astronomia
Lei da gravitação universal de Newton
Em seus estudos, Newton intuiu que uma maçã caindo um pouco acima da superfície terrestre e a Lua orbitando em torno da Terra tinham algo em comum: a mesma força as puxavam para o centro da Terra. Correlacionando as duas situações, enunciou a lei da
gravitação universal:
“Matéria atrai matéria na razão direta de suas massas e na razão inversa do quadrado da distância que as separa.”
Ou seja, qualquer par de objetos no Universo (inclusive nós mesmos) atraem-se mutuamente, em um par ação-reação de forças.
A aceleração adquirida pela maçã ao cair é a famosa aceleração da gravidade (g).
Essa atração gravitacional é justamente a força peso, estudada anteriormente, cujo valor é encontrado por
P = m . g
Força centrípeta
A tendência natural dos movimentos é que eles ocorram em linha reta. Portanto, para que um movimento seja curvilíneo
(circular, por exemplo), alguma força deve agir.
Afinal, as forças são as causas do movimento, e os alteram.
A força responsável pelos movimentos curvilíneos chama-se força centrípeta. Ela é responsável por variar, a cada instante a direção e o sentido do movimento do móvel, e aponta para o centro da curva.
Ao lado temos um exemplo: um carrinho preso por um fio fará um movimento circular devido à força de tração exercida pelo fio preso nele. Não havendo mais a tração, o carrinho se moverá em linha reta, saindo pela reta tangente à circunferência.
Força centrípeta e velocidade de escape
Vamos considerar um satélite em órbita circular ao redor da Terra. Pelo fato de realizar um movimento curvilíneo, há uma força centrípeta atuando sobre ele.
No caso, a própria força peso, resultado da atração gravitacional da Terra, faz esse papel de força centrípeta.
Segundo Isaac Newton, se fosse possível lançar um objeto horizontalmente de um local bem elevado e com
velocidade alta o suficiente, esse objeto entraria em órbita.
No século XX foi possível verificar as ideias de Newton. Se a velocidade for igual a um determinado valor, chamado velocidade de escape, o objeto “escapa” da atração gravitacional e ruma em direção ao espaço.
Ao entrar em órbita, o objeto, como um satélite, fica em uma situação onde ele está “sempre caindo”.
Velocidade de escape
Geocentrismo e Heliocentrismo
Desde tempos antigos, a humanidade tenta explicar o comportamento da natureza.
Um modelo foi proposto por Aristóteles para explicar o que se via no céu, especialmente à noite.
De acordo com Aristóteles, a Terra seria o centro do Universo, e os corpos celestes se moveriam a nosso redor.
Esse modelo foi chamado de modelo geocêntrico, e foi aprimorado por Cláudio Ptolomeu.
O modelo tinha limitações, mas foi considerado como a melhor explicação por mais de 1.400 anos.
Aristóteles (384 –322 a.C.)
Ptolomeu (100?-170? d.C.)
Geocentrismo e Heliocentrismo
Nicolau Copérnico elaborou um novo modelo, insatisfeito com as limitações do modelo
geocêntrico. Dessa vez, no centro do Universo estaria o Sol, e não mais a Terra.
Além disso, a Terra e os demais planetas girariam em torno do Sol em órbitas circulares. Apenas a Lua orbitaria ao redor da Terra.
O modelo, chamado heliocêntrico, era capaz de prever melhor a posição dos astros no céu com o passar do tempo.
O modelo teve um importante defensor: Galileu Galilei.
Nicolau Copérnico (1473 –1543)
Galileu Galilei 1564-1642)
Geocentrismo ou heliocentrismo?
Mas qual dos modelos era o correto? Estava instaurada a discussão....
Tycho Brahe realizou medidas e registros por 20 anos para verificar qual modelo oferecia a melhor explicação (mesmo sem telescópios, que não existiam!).
Johannes Kepler analisou os registros de Brahe e verificou que o modelo heliocêntrico era menos incorreto, mas que nenhum dos dois dava uma
explicação satisfatória para prever a posição dos astros.
Kepler então propôs suas conhecidas leis, aprimorando o modelo heliocêntrico. Dentre elas, afirmando que os planetas orbitam o Sol em órbitas elípticas.
Após as contribuições de Isaac Newton (1642-1727), o modelo geocêntrico foi abandonado em definitivo.
Tycho Brahe (1546-1601)
Johannes Kepler (1571-1630)
Sistema Solar
O Sistema Solar é composto de uma estrela (Sol), e oito planetas (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno), que orbitam a seu redor.
E, além disso, muitos satélites naturais, planetas-anões, asteroides e cometas também fazem parte do Sistema Solar.
De acordo com evidências científicas, o Sistema Solar se formou a cerca de 4,6 bilhões de anos atrás.
Tudo começou a partir de uma nuvem de gás e poeira, e através da atração
gravitacional, a matéria se reuniu em
diferentes pontos, o que deu origem ao Sol, os planetas, seus satélites e todos os outros elementos que fazem parte do sistema.
Planetas rochosos e planetas gasosos
Os planetas do Sistema Solar podem ser divididos em dois grupos de acordo com suas características:
planetas rochosos (telúricos) e planetas gasosos (jovianos).
Planetas rochosos: Mercúrio, Vênus, Terra e Marte.
Os quatro planetas possuem características
semelhantes: crostas rochosas, alta quantidade de metais, pouco hidrogênio e hélio (elementos mais abundantes do Universo), além de serem bem menores que os outros.
Mercúrio
Vênus
Terra
Marte
Planetas rochosos e planetas gasosos
Planetas gasosos: Júpiter, Urano, Saturno e Netuno.
Os planetas gasosos são bem maiores que os rochosos, e possuem grande conteúdo de gases, principalmente hidrogênio e hélio.
Eles possuem um núcleo sólido, com grande
quantidade de gases ao seu redor. As porções mais internas desses gases, logo acima do núcleo, são liquefeitas devido à alta pressão.
Júpiter
Saturno
Urano
Netuno
Planetas-anões
São astros aproximadamente esféricos que giram em torno de uma estrela; em suas trajetórias existem outros astros de tamanhos parecidos.
Até 2014, apenas cinco planetas-anões eram conhecidos n Sistema Solar: Ceres, Plutão (que já foi considerado um planeta), Éris, Makemake e Haumea.
Os planetas-anões podem possuir luas e são formados de rocha e gelo.
Ceres
Plutão
Éris
Makemake
Haumea
Asteroides
Os asteroides são corpos rochosos menores, que giram ao redor do Sol.
Seu tamanho é da ordem de centenas de quilômetros.
Acreditamos que os asteroides são restos da formação do Sistema Solar.
Eles são formados por rocha e metal.
Asteroides
O Sistema Solar possui dois cinturões de asteroides: O primeiro fica entre Marte e Júpiter.
Asteroides
O segundo cinturão de asteroides é chamado de cinturão de Kuiper, e fica após a órbita de Netuno.
Cometas
Os cometas se originam nas áreas mais externas do Sistema Solar, de restos da sua formação, e
permanecem em órbitas distantes do Sol.
Mas a sua órbita algumas vezes é perturbada, pela atração gravitacional de Júpiter, e outros corpos.
Quando isso acontece um cometa entra no Sistema Solar e pode passar perto da Terra.
Quando se aproximam do Sol, seu núcleo de gelo sublima, ou seja, passa do estado sólido para o estado gasoso, liberando gás e poeira.
Nesse processo, é formada sua “cabeleira” em volta do núcleo e uma ou mais caudas.
Os cometas são visíveis somente quando estão próximos do Sol, e viajam 3 vezes mais rápido que os asteróides.
Meteoroides
Os meteoroides são fragmentos de rochas que se formam a partir de cometas e asteroides. Quando entram em contato com a atmosfera terrestre, eles se incendeiam por atrito, produzindo um efeito luminoso.
Eles são asteroides pequenos: a maior parte equivale a grãos de areia.
Toneladas deles se dirigem à atmosfera da Terra todos os dias.
Mas só deixam sinais mais evidentes os que possuem mais de 4 metros de diâmetro.
A partir de 1 km de diâmetro, passam a ser considerados asteroides.
O Sol
É a estrela mais próxima da Terra, e possui 99,8% da massa de todo o Sistema Solar!
A massa do Sol equivale a mais de 333 mil vezes a massa da Terra, e seu diâmetro é de cerca de 109 vezes o diâmetro terrestre.
O Sol é constituído basicamente de hidrogênio e hélio, e possui quantidades bem menores de alguns outros elementos químicos.
No Sol, ocorre a fusão nuclear, processo responsável por fornecer enormes quantidades de energia para o Sistema Solar.
Distâncias no Universo
Passear pelo Universo não é uma tarefa fácil. Ele é imenso e está em expansão, e seriam necessários mais de 13 bilhões de anos, viajando na velocidade da luz (300.000 km/s), para cruzá-lo.
Para efeito de comparação, os aviões comerciais viajam a 800 km/h, e, nessa velocidade, seriam gastos quase 22 anos para chegar ao Sol.
Por isso, utilizam-se unidades diferentes das usuais para medir as distâncias no Universo. A mais utilizada é o ano-luz, que corresponde à distância que a luz viaja em um ano, cerca de 9,5 trilhões de km.
A estrela mais próxima de nós, sem considerar o Sol, é a Proxima Centauri, que está a cerca de 4,2 anos-luz da Terra.
Galáxias
A galáxia que contém nosso Sistema Solar é chamada Via Láctea, que pode ser vista do céu como uma faixa irregular, com grande
concentração de estrelas. O nome é devido à semelhança com respingos de leite derramado.
A estimativa é de que a Via Láctea contenha de 100 a 400 bilhões de estrelas, e a galáxia possui um diâmetro compreendido entre 170 e 200 mil anos-luz.
O Sistema Solar está distante do centro galáctico:
cerca de 26 mil anos-luz separam o Sol do núcleo da galáxia.
Estima-se que existam mais de 100 bilhões de galáxias no Universo, onde cada uma pode contes bilhares de estrelas!
Tipos de galáxias
1) Galáxias espirais:
Possuem um núcleo de onde saem seus braços em forma de espiral.
É o caso da Via Láctea.
Tipos de galáxias
2) Galáxias elípticas:
Nelas, as estrelas se distribuem formando uma elipse ou uma esfera.
Elas possuem poucas estrelas jovens, poeira e gás sendo, portanto, constituídas de estrelas maduras.
É o caso, por exemplo, da galáxia NGC 1316.
Tipos de galáxias
3) Galáxias irregulares:
Como o nome já sugere, elas não possuem formato definido.
Possuem grande quantidade de estrelas jovens e de gás.
Estrelas
As estrelas são classificadas de acordo com suas características espectrais. A maior parte das estrelas estão classificadas de acordo com o sistema Morgan-Keenan (MK), que utiliza uma sequência de letras: O, B, A, F, G, K, M, onde o tipo mais quente é Oe o mais frio é o M.
O esquema a seguir mostra a cor predominante e a temperatura de cada classe. Repare que o Sol está longe de ser do tipo mais quente!
Estrelas
A figura abaixo mostra um comparativo entre os tamanhos de algumas estrelas. Não é surpreendente perceber que o Sol é uma estrela anã!
