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Movimento circular e gravitação: guia de estudo

Ideias principais

Um objeto que se move em círculo com rapidez constante está sempre acelerando em direção ao centro. A gravidade fornece essa força para dentro em planetas e satélites, ligando o movimento circular às órbitas.

  • A aceleração centrípeta é v² ÷ r e a força resultante para o centro é mv² ÷ r. Não é uma força à parte: é o nome da força, seja qual for, que aponta para o centro.
  • A rapidez pode ser constante enquanto a velocidade muda, porque a direção muda.
  • A gravidade diminui com o quadrado da distância ao centro, então g = GM ÷ r².
  • Uma órbita circular tem v = √(GM ÷ r), que não depende da massa do satélite. A velocidade de escape é √2 vezes maior.

Equações principais

  • a_c = v² ÷ r
  • F_c = mv² ÷ r
  • F = Gm₁m₂ ÷ r²
  • g = GM ÷ r²
  • v = √(GM ÷ r)
  • v_esc = √(2GM ÷ r)
  • T = 2πr ÷ v

Exemplo resolvido

Um satélite circunda a Terra a 400 km da superfície. Tome r = 6,37 × 10⁶ + 0,40 × 10⁶ = 6,77 × 10⁶ m e GM = 3,99 × 10¹⁴ m³/s². Então v = √(GM ÷ r) = √(5,89 × 10⁷) = 7,7 × 10³ m/s, e o período é T = 2πr ÷ v = 5,5 × 10³ s, cerca de 92 minutos.

Erros comuns

  • Desenhar a força centrípeta como uma força extra no diagrama de corpo livre, além da gravidade ou da tração.
  • Usar a altura acima da superfície em vez da distância ao centro do planeta nas fórmulas de gravidade.
  • Achar que os astronautas flutuam porque não há gravidade. Eles flutuam porque estão em queda livre ao redor da Terra.

Prática

Teste-se com perguntas de prática sobre este tema: Movimento circular e gravitação

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