Muitas
tecnologias utilizadas na comunicação mundial, como a televisão, o
rádio, os telefones, a internet entre outras, têm seus funcionamentos
através dos satélites artificiais, que são veículos espaciais lançados
da Terra ao espaço, de forma a orbitarem um determinado planeta ou corpo
celeste, com variadas funções, não somente de comunicação, mas também
para a obtenção de dados em pesquisas científicas e militares. Existem
mais de 2000 satélites de comunicação, e geralmente, têm órbitas
geoestacionárias, ou seja, giram quase junto à rotação do planeta Terra.
A comunicação entre os satélites e as antenas transmissora e receptora,
ocorre através de sinais por ondas eletromagnéticas, que são
decodificadas por aparelhos eletrônicos. Agora mesmo, você pode observar
imagens da Terra, através das câmeras da Estação Espacial Internacional (ISS), que encontra-se em baixa órbita, aproximadamente 350 km, e com velocidade média aproximada de 27.700 km/h:
Fonte: SPACE VÍDEOS.
Planeta Terra Visto do Espaço
Se você se questiona: Como os satélites são lançados e por que eles não caem na Terra ou não se perdem no espaço? Para responder essas perguntas, primeiro, é necessário compreender a dinâmica do movimento no campo gravitacional terrestre. Segundo Isaac Newton, corpos "pequenos", de pouca massa, próximos à superfície do planeta, estão submetidos a uma força de atração chamada gravitacional e para que um corpo vença a força de atração gravitacional, deve ser lançado com uma velocidade mínima para que não venha “cair” sobre a superfície do planeta. No entanto, para que esse corpo entre em órbita, essa velocidade de lançamento não deve superar a conhecida Velocidade de Escape, e assim não se perca no espaço, nunca mais retornando ao planeta. A Velocidade de Escape num planeta, desconsiderando a resistência do ar, é obtida sob a condição de que no infinito (local tão distante do planeta que não haverá interação gravitacional) a energia mecânica do corpo lançado seja nula. Assim, pelo princípio da conservação da energia mecânica, teremos:
Da equação, percebe-se que a velocidade de escape dependerá da massa e do raio do planeta. No caso da Terra, como tem massa M = 5,98.1024 kg e raio R = 6,38.106 m, e a constante gravitacional universal G = 6,68.10−11 m3kg-1s-2, substituindo na equação obteremos que a velocidade de escape no planeta Terra é, aproximadamente, 11,2 km/s. A ideia do lançamento de corpos, para que entrem em órbita, é semelhante ao movimento de uma bala disparada por um canhão, também chamada de canhão de Newton. Quando uma bala de canhão é disparada, ao mesmo tempo em que se dirige para sua frente, ela cai devido à gravidade. Assim, à medida que aumentamos a velocidade de seu lançamento, mais distante a bala alcançará em relação a sua posição inicial, até que atinja uma velocidade em que entrará em uma queda sem fim, ou seja, em órbita:
Fonte: VAZCÁK, Vladimír. Física na Escola: Canhão de Newton.
Um corpo lançado com a velocidade de escape do planeta Terra, 11,2 km/s, muito provavelmente se perderá no espaço, assim os satélites devem ser lançados com uma velocidade menor, em torno de 8 km/s, de modo que fique em órbita numa altitude próxima dos 300 km, sob a influência da força de atração gravitacional.
Princípio básico do Lançamento de um Satélite
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Camadas da Atmosfera
Podemos ainda, determinar a velocidade de um satélite numa órbita de altitude h, igualando as forças centrípeta e gravitacional:
O primeiro satélite artificial do
mundo, o Sputnik 1, foi lançado em 4 de outubro de 1957 pela União
Soviética. Era uma espécie de cápsula de aproximadamente 83 kg composto
por um rádio transmissor e um termômetro. Pouco tempo depois, em 31 de
janeiro de 1958, foi à vez dos Estados Unidos de lançar seu primeiro
satélite o Explorer I. Iniciou-se então, o período da corrida espacial,
principalmente entre as duas principais superpotências mundiais,
Estados Unidos e União Soviética, havendo grandes investimentos e
avanços das tecnologias de lançamento, para o domínio do espaço.
REFERÊNCIAS:
- TIPLER, Paul A.; MOSCA, Gene. Gravitação. FÍSICA PARA CIENTISTAS E ENGENHEIROS: Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Cientificos Editora S. A., 2009. Tradução de Paulo Machado Mors. Volume 1. Cap.11. p. 373-392.
- WIKIPEDIA. Satélite Artifical. Disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Sat%C3%A9lite_artificial>. Acesso em: 20 fev. 2018.
- ASTRONOMT SPACE & UNIVERSE. LIVE NASA BR / PLANETA TERRA VISTO DO ESPAÇO (OFICIAL)™. 2017. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=rj81emE48wI>. Acesso em: 20 fev. 2018.
- VAZCÁK, Vladimír. Física na Escola: Canhão de Newton. [20 ]. Disponível em: < https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/templateimg.php?s=gp_kosmicke_rychlosti&l=pt>. Acesso em: 20 set. 2017.
- VAZCÁK, Vladimír. Física na Escola: Satélites Geoestacionários. [20 ]. Disponível em: < https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/templateimg.php?s=gp_kosmicke_rychlosti&l=pt>. Acesso em: 20 set. 2017.
