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Jornal Escolar AE Muralhas do Minho | 2024-2025

Diário de um Campo Gravítico

Ísis Páris, 12.º A | 12-06-2025

Olá! Eu sou o Campo Gravítico. Estou por toda a parte, mas ninguém me vê. No entanto, todos me sentem! Sou eu que mantenho os pés no chão e que faço com que uma maçã caia diretamente para a terra (pergunta ao Newton, ele percebeu isso!).

Sir Isaac Newton por Nicoleta Ionescu / Behance

Não é para me gabar, mas sem mim o universo seria um verdadeiro caos. Os planetas andariam sem rumo, os satélites fugiriam e até o Sol teria dificuldades em manter a sua família planetária unida. Mas não te preocupes, estou aqui a trabalhar 24 horas por dia! Agora, deixa-me contar-te um pouco mais sobre o meu trabalho.

1.ª Lei de Kepler ou Lei das Órbitas

A Primeira Lei de Kepler, também conhecida como Lei das Órbitas, estabelece que os planetas se movem em órbitas elípticas ao redor do Sol, com o Sol ocupando um dos focos dessas elipses. Esta descoberta foi fundamental para a compreensão do movimento planetário e representou um avanço significativo em relação ao modelo anterior, que considerava órbitas circulares perfeitas.

Uma elipse é uma figura geométrica semelhante a um círculo achatado, caracterizada por dois pontos chamados focos. A soma das distâncias de qualquer ponto da elipse aos dois focos é constante. No contexto da Primeira Lei de Kepler, o Sol está localizado num dos focos da órbita elíptica de um planeta, enquanto o outro foco permanece vazio.

Embora as órbitas sejam elípticas, muitas apresentam excentricidades muito pequenas, tornando-as quase circulares. A excentricidade é uma medida que indica o quanto uma elipse difere de um círculo perfeito; no caso das órbitas planetárias, essa excentricidade é geralmente baixa, resultando em trajetórias quase circulares.

2.ª Lei de Kepler ou Lei das Áreas

“O segmento de reta que liga um planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais.”

Isto significa que um planeta não se move com velocidade constante ao longo da sua órbita. Em vez disso, ele acelera quando está mais próximo do Sol (periélio) e desacelera quando está mais distante (afélio). Essa variação da velocidade orbital acontece devido à conservação do momento angular, pois a força gravitacional do Sol age como uma força central sobre o planeta.

A Segunda Lei de Kepler pode ser explicada a partir da conservação do momento angular.

Se não houver forças externas a agir sobre o sistema, o momento angular do planeta conserva-se. Isso explica por que é que ele se move mais rapidamente quando está perto do Sol e mais devagar quando está longe, garantindo que a área varrida seja sempre constante em intervalos de tempo iguais.

A Segunda Lei de Kepler é usada para calcular órbitas de satélites e naves espaciais. Ao planearem trajetórias interplanetárias, os engenheiros utilizam a variação da velocidade conforme a posição relativa ao corpo central.

3.ª Lei de Kepler ou Lei dos Períodos

A Terceira Lei de Kepler, também chamada Lei dos Períodos, descreve a relação entre o tempo que um planeta leva para completar uma órbita em torno do Sol e o tamanho da sua órbita.

Enunciado da Terceira Lei de Kepler:
“O quadrado do período orbital (T) de um planeta é diretamente proporcional ao cubo do semieixo maior (R) da sua órbita.” Ou seja, quanto mais distante um planeta está do Sol, mais tempo demora a completar uma volta ao seu redor. Isso significa que planetas como Júpiter ou Neptuno, que têm órbitas grandes, demoram muito mais tempo para dar uma volta completa em torno do Sol do que a Terra ou Marte.

Aplicações da 3.ª Lei de Kepler

Órbitas Planetárias
Explica por que planetas como Júpiter e Saturno têm períodos orbitais muito maiores do que planetas como Mercúrio e Vénus.

Determinação da Massa de Estrelas e Planetas
Podemos usar a Terceira Lei para calcular a massa de estrelas, buracos negros e planetas, ao analisar a órbita dos seus satélites ou exoplanetas.

Satélites Artificiais e Missões Espaciais
A Terceira Lei é essencial para calcular órbitas de satélites artificiais, sondas espaciais e telescópios como o Hubble e o James Webb.

Procura de Exoplanetas
Ao analisar o tempo que um exoplaneta leva para orbitar a sua estrela, podemos estimar a que distância está da estrela e inferir a sua composição e temperatura.

Lei de Newton da Gravitação Universal

Tudo o que existe está conectado por uma força invisível e poderosa, uma força que mantém planetas em órbita, faz a Lua dançar em torno da Terra e impede que saias flutuando pelo espaço: a Gravitação Universal. Foi o brilhante Isaac Newton quem revelou ao mundo a minha essência em 1687, quando formulou a Lei da Gravitação Universal. Ele percebeu que a mesma força que puxa uma maçã para o chão também mantém a Lua a orbitar a Terra. Isso mesmo! O que nos une não é magia, mas sim a minha presença invisível, o campo gravítico.

A Lei de Newton diz que todas as massas no universo se atraem mutuamente com uma força que depende das suas massas e da distância entre elas. E eu, como campo gravítico, sou o responsável por transmitir essa força!

– F é a força gravitacional entre dois corpos,
– G é a constante da gravitação universal
– m1 e m2 são as massas dos dois corpos,
– r é a distância entre os centros de massa dos corpos.

Quanto maiores forem os corpos, maior será a força de atração. Mas, se estiverem muito afastados, a força diminui rapidamente, pois a distância é elevada ao quadrado no denominador.

Na Terra – Sou eu quem mantém os humanos presos ao chão. Cada vez que saltam, puxo-vos de volta. Mas reparem, vocês também me puxam a mim! Só que eu sou gigantesco, então a vossa força é insignificante.

Na Lua – A Lua não cai na Terra porque está em constante movimento. Ela está numa órbita em que a sua tendência de seguir em linha reta é equilibrada pela minha atração gravitacional.

No Sistema Solar – Sou o responsável por manter os planetas a girar à volta do Sol. Como este é muito massivo, a sua gravidade é imensa, dominando tudo à sua volta e definindo o ritmo do nosso sistema planetário.

Além do Sistema Solar – Eu uno galáxias, crio buracos negros e até guio a dança das estrelas! Sou um dos alicerces do Universo.

Sou mais fraco do que outras forças – Comparado com a força eletromagnética ou nuclear, sou fraquinho. Mas como a minha influência não tem limite, consigo controlar galáxias inteiras!

Já fui mal interpretado – Antes de Newton, pensava-se que os planetas se moviam por vontade divina ou que precisavam de algo a empurrá-los. Mas ele mostrou que sou eu, o campo gravítico, quem mantém tudo no seu devido lugar.

Séculos depois de Newton, veio um tal de Einstein, que trouxe uma perspetiva nova sobre mim. Ele disse que eu não sou apenas uma força, mas sim uma curvatura do espaço-tempo! Ou seja, os objetos massivos deformam o tecido do universo e fazem com que outros corpos se movam em torno deles.

Essa teoria da Relatividade Geral explica muitas coisas que Newton não conseguiu explicar, como o movimento dos planetas mais próximos do Sol ou o funcionamento dos buracos negros. Mas calma! A Lei de Newton continua a ser muito útil e precisa para quase tudo no dia a dia, desde lançar satélites até prever eclipses.

Campo Gravítico

Diretamente proporcional à massa criadora;
Inversamente proporcional ao quadrado da distância da massa criadora ao ponto onde se define o campo;
Tem sentido dirigido para a massa criadora;
Apresenta simetria esférica, tem a mesma intensidade a igual distância da massa criadora do campo.

Quando falamos de “campo”, falamos de uma região do espaço onde uma força se faz sentir. E eu, o campo gravítico, sou a manifestação da força gravitacional que qualquer corpo com massa exerce à sua volta.

Resumindo:
Sou a influência invisível que qualquer massa cria no espaço ao seu redor.
Qualquer objeto que entre no meu domínio sente a força da gravidade e pode ser puxado em direção à massa que me criou.
Quanto maior for a massa do corpo que me gera, mais forte eu sou.
Se um planeta, uma estrela ou mesmo um buraco negro existir, então eu existo à sua volta! Sou inseparável da matéria.

g é a minha intensidade (o chamado vetor campo gravítico), que mede a força que exerço por unidade de massa,
G é a constante da gravitação universal;
M é a massa do corpo que me gera,
r é a distância ao centro dessa massa.

Radialidade: Como já percebeste, sou sempre radial, o que significa que as minhas linhas de força apontam sempre para o centro da massa que me cria. Não importa onde estejam, se eu existir, puxo-vos para lá!

A Minha Intensidade Diminui com a Distância: A minha força não é infinita. Se se afastarem muito, vou ficando mais fraco. Isso acontece porque a minha intensidade decresce com o quadrado da distância . Por isso, sentem-me muito mais na Terra do que na Lua!

Sou o Mesmo para Todos: Não discrimino ninguém! A minha aceleração é a mesma para qualquer objeto que esteja sob a minha influência, independentemente da sua massa. Isso significa que, no vácuo, uma pena e uma bola de ferro caem à mesma velocidade. (Se duvidas, pergunta ao Galileu!)

Sou Universal: Estou em todo o lado. Desde a maçã que cai de uma árvore até às galáxias que se agrupam devido à gravidade, eu sou o tecido invisível que mantém tudo unido.

As minhas linhas – As linhas do campo gravítico

Imaginem que têm um grande íman e espalham limalha de ferro à sua volta. O que acontece? A limalha organiza-se em padrões que mostram o campo magnético. Pois bem, se conseguissem fazer isso comigo, veriam que as minhas linhas de campo gravítico também seguem um padrão bem definido!

A forma como as desenho depende de quem sou eu (o campo) e quem está a gerar-me (a massa responsável por mim).

1. Apontam sempre para o Centro da Massa Criadora

As minhas linhas de campo são como setas invisíveis que indicam o caminho da força gravítica. E há uma regra que nunca quebro: todas elas apontam para o centro da massa que me criou. Se desenharem a minha influência ao redor da Terra, verão que pareço um ouriço, com linhas a convergir para o núcleo!

2. Nunca se cruzam

Se há algo em que sou organizado, é nisto: as minhas linhas nunca, mas nunca, se cruzam. E porquê? Porque a cada ponto do espaço corresponde uma única direção bem definida, onde a força gravítica atua. Se as linhas se cruzassem, um objeto sentiria forças em direções diferentes ao mesmo tempo... e ficaria confuso! E eu não gosto de confusão.

3. Quanto maior a densidade de linhas de campo, mais intenso é o campo

Se as minhas linhas estiverem muito juntinhas, isso significa que a minha força é maior nessa região.

Perto da Terra? As linhas estão próximas, porque sou forte!
Longe da Terra? As linhas afastam-se, porque a minha força vai diminuindo.

É por isso que os astronautas em órbita quase não me sentem — lá em cima, as minhas linhas já estão bem espaçadas!

4. Sou Radial, Mas às Vezes Pareço Paralelo

Se olharem para mim à escala da Terra inteira, verão que sou radial — as minhas linhas partem do centro do planeta e expandem-se para fora. Mas se considerarem apenas uma pequena região, as minhas linhas parecem paralelas e verticais. Isto explica por que motivo os objetos caem “a direito” quando os largamos.

5. Posso Ser Deformado por Outras Massas

Se houver mais de um astro próximo, as minhas linhas de campo podem sofrer distorções! Se dois planetas estiverem perto um do outro, as suas forças gravíticas competem, e o resultado pode ser uma configuração de linhas bem curiosa. Já viram as órbitas complexas que algumas naves espaciais fazem? Isso acontece porque estou a ser puxado em várias direções ao mesmo tempo!

Energia potencial gravítica

A minha energia potencial gravítica é sempre negativa porque significa que os objetos estão “presos” a mim — ou seja, precisam de energia extra para se libertar da minha força!

Imaginem um poço muito fundo. Quanto mais fundo estiverem, mais energia precisam para subir. O mesmo acontece comigo: se estiverem muito perto de um planeta (ou de uma estrela, ou de um buraco negro…), precisam de muita energia para escapar à minha influência.

Quando um satélite é lançado ao espaço, é preciso dar-lhe energia suficiente para que a sua energia total se torne positiva — só assim pode escapar da Terra!

Energia mecânica

Quando um corpo se move dentro do meu campo, a única força que atua sobre ele (se desprezarmos outras interações, como atrito ou resistência do ar) é a força gravítica. Ora, sendo esta uma força conservativa, há uma propriedade muito importante que se mantém constante: a energia mecânica total do sistema!

A Energia Mecânica é simplesmente a soma de duas componentes: