Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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Velocidade de escape e velocidade orbital


Introdução

Velocidade de escape e velocidade orbital são conceitos importantes para entender o movimento sob a influência da gravidade. Eles explicam que tipo de velocidade os objetos no espaço precisam ter para escapar da atração gravitacional de corpos celestes ou orbitá-los. Vamos explorar esses conceitos explicando-os de maneira simples, usando exemplos e representações visuais.

Gravidade: Um resumo rápido

Em termos simples, a gravidade é a força que puxa dois objetos em direção um ao outro. Na Terra, a gravidade dá peso aos objetos físicos e os puxa em direção ao centro do planeta. Sir Isaac Newton formulou a lei da gravitação universal, que afirma que toda massa pontual atrai toda outra massa pontual no universo com uma força diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros.

F = G * (m1 * m2) / r^2

Onde:

  • F é a força gravitacional
  • G é a constante gravitacional
  • m1 e m2 são as massas dos dois objetos
  • r é a distância entre os centros das duas massas

Velocidade orbital

Vamos começar com a velocidade orbital. Quando um objeto orbita um planeta, ele se move tão rapidamente que seu caminho segue a curvatura do planeta. Para alcançar uma órbita estável, o objeto precisa de uma velocidade específica conhecida como velocidade orbital.

A velocidade orbital v para uma órbita circular próxima à superfície de um planeta é:

v = sqrt(G * M / r)

Onde:

  • M é a massa do planeta
  • r é o raio da órbita, que é aproximadamente igual ao raio do planeta se você estiver muito próximo de sua superfície

Entender isso por meio de um exemplo tornará isso ainda mais claro. Se você quiser que um satélite orbite a Terra, terá que dar a ele a velocidade certa para que ele permaneça acima da superfície e não caia de volta na Terra.

Terra Satélite Caminho orbital

No diagrama acima, o ponto verde representa um satélite. Ele orbita a Terra em um caminho circular, o que significa que sua velocidade é justa para manter sua órbita em vez de cair na superfície devido à gravidade.

Velocidade de escape

Agora, vamos falar sobre velocidade de escape. É a velocidade necessária para se libertar da atração gravitacional de um planeta ou lua sem qualquer propulsão adicional. Imagine que você está tentando lançar um foguete no espaço. Para garantir que ele não caia de volta, deve atingir a velocidade de escape.

A fórmula para a velocidade de escape ve é:

ve = sqrt(2 * G * M / r)

Observe que isso é semelhante à fórmula para velocidade orbital, mas com um fator de 2 sob a raiz quadrada, indicando a maior energia necessária para superar completamente a gravidade.

Visualize isso com este exemplo. Se você estiver na Terra e lançar uma bola, ela eventualmente cairá de volta. Mas se você conseguir lançá-la a uma velocidade de escape ou mais, a bola continuará viajando no espaço e não retornará.

Terra Caminho na velocidade de escape

Neste diagrama, a linha vermelha representa o caminho de um objeto em movimento na velocidade de escape. Isso é rápido o suficiente para escapar da atração gravitacional da Terra.

Comparação entre velocidades orbital e de escape

Faz uma grande diferença se um objeto está tentando orbitar um corpo planetário ou escapar dele. A velocidade orbital é necessária para orbitar em torno de um corpo, enquanto a velocidade de escape garante que o objeto saia do campo gravitacional para sempre.

A relação entre elas pode ser expressa da seguinte maneira:

ve = sqrt(2) * v

Com esse conhecimento básico, projéteis destinados a entrar ou escapar da órbita ao redor da Terra precisarão de velocidades iniciais significativamente diferentes:

  • A velocidade orbital para a superfície da Terra é cerca de 7,9 quilômetros por segundo (km/s).
  • A velocidade de escape para a superfície da Terra é cerca de 11,2 km/s.

Isso significa que um objeto deve viajar cerca de 1,4 vezes mais rápido para se libertar da gravidade da Terra do que para manter uma órbita estável.

Considerações práticas

Então, o que isso significa para as viagens espaciais e satélites? Entender e alcançar as velocidades certas é crucial. Engenheiros equilibram combustível, carga útil e velocidade para projetar missões com sucesso. Quer o objetivo seja colocar satélites ao redor da Terra ou lançar sondas para planetas distantes, as velocidades de escape e orbital são fatores importantes no planejamento.

Por exemplo, um satélite precisa alcançar sua velocidade orbital para garantir que permaneça no ar e funcione como esperado na manutenção de redes de comunicação, observações meteorológicas ou serviços de GPS. Por outro lado, missões como enviar robôs para Marte precisam alcançar a velocidade de escape para sair da influência da Terra e entrar em trajetórias alinhadas com alvos mais distantes.

Considerações finais

Compreender os conceitos de velocidade de escape e velocidade orbital é vital no estudo da física e na compreensão do nosso universo. Eles determinam como os objetos se movem dentro e fora do campo gravitacional de um planeta. Aprender a calcular e usar essas velocidades abre a porta para a exploração espacial e nos maravilha com as possibilidades além dos nossos limites terrestres.


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Velocidade de escape e velocidade orbital

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