Um satélite geoestacionário descreve uma órbita aproximadamente circular à altitude de 35 880km e com período de 24h, independentemente da sua massa. Pretende-se confrontar o movimento de um satélite geoestacionário com o de um corpo que se move com Movimento Circular Uniforme (MCU). Objetivo, caracterizar o movimento circular com velocidade de módulo constante.

QUESTÃO-PROBLEMA

“Será que a velocidade de um satélite depende da sua massa?”

Fase pré-laboratorial

1. Um carrinho está sobre um gira-discos, que se move com MCU, preso ao eixo central por um dinamómetro.

a) Considere o movimento do carrinho em torno de eixo central e o movimento de um satélite geoestacionário em torno do centro da Terra. Que semelhança e diferença há nas forças resultantes que atuam sobre o carrinho e sobre o satélite?

b) A velocidade de um satélite geoestacionário dependerá da sua massa?

c) Como poderia determinar a frequência de rotação do gira-discos?

d) Como é que, a partir da leitura do dinamómetro, poderia determinar a aceleração do carrinho?

2. Suponha que tem um MCU qualquer.

a) Se a velocidade angular duplicar, e se o raio da trajetória e a massa do corpo forem constantes, o que acontece à aceleração?

b) Se o raio da trajetória for reduzido para metade e a velocidade angular e a massa do corpo forem constantes, o que acontece à aceleração?

APL 1.4 – Satélite geoestacionário FQ-A

Faça um esquema da montagem da atividade experimental.

Procedimento experimental

• Pese a rolha de borracha.

• Faça passar o fio de nylon através do tubo de plástico.

• Numa das extremidades, do fio de nylon, prenda a rolha de borracha e na outra extremidade um corpo metálico, com a massa de 100 g.

• Marque no fio, com caneta apropriada, um ponto do fio que permita definir um raio de rotação constante (por exemplo, 1m).

• Faça rodar o corpo num plano horizontal situado por cima da sua cabeça de forma que o movimento seja uniforme. Faça rodar a borracha de modo a que a marca existente no fio de nylon coincida com o bordo inferior/superior do tubo e aí fique o mais imóvel que consigas

(isto é muito importante!).

• Peça ao colega de grupo que acione o cronómetro e meça o tempo que o corpo demora a descrever 20 voltas completas.

• Repita a experiência fazendo variar o raio da trajetória. Faça com que o raio da trajetória seja, por exemplo, 0,80m;0,90m;1,10m;1,20m;…

• Repita a experiência para um dos raios escolhidos, mas utilizando um corpo metálico com diferente massa.

Realize três medições (de modo a minimizar erros experimentais).

Apresente uma tabela com o registo de dados experimentais e as incertezas de leitura associadas retiradas do material usado.

Fase Pós-laboratorial (Questões)

1. Para cada ensaio, realize os cálculos necessários para caracterizar: • A velocidade angular e a velocidade linear do corpo; • A aceleração do movimento. • A resultante das forças responsável pelo movimento (força centrípeta);

2. Existe alguma relação entre a força centrípeta aplicada na rolha e o peso do corpo metálico?

3. Com base nos resultados obtidos pelos outros grupos, que utilizaram uma rolha de massa diferente, e para o mesmo raio da trajetória, trace o gráfico da aceleração em função da massa e encontre a linha que melhor se ajusta ao gráfico. Que conclusão se pode tirar?

4. Quais são as causas de erro que estão inerentes a esta experiência e o que fazer para minimizar os seus efeitos.

5. O movimento de um satélite geoestacionário tem características definidas: o período é de 24h e a altitude é de 35 880km. Determine a velocidade do satélite.