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Parte 5

Objetivos

Realizar o experimento “Como girar um satélite?”.Exemplos de materiais didáticos elaborados pela NASA.Sessão de Perguntas & Respostas.

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Parte 5

Como girar um satélite?

Para que um satélite possa cumprir a sua missão, ele sempre precisa estar apontado para uma dada direção. Para que ele possa ser apontado, é necessário que existam a bordo meios de imprimir uma rotação no satélite. Para que um corpo qualquer possa ser girado, é necessário que lhe seja aplicado um torque. Pelo princípio da ação e reação o torque aplicado no satélite deve ser suportado por alguém, ou por um apoio externo. (O princípio da ação e reação foi estabelecido pelo 3ª Lei do Movimento de Newton – “A toda ação corresponde uma reação de mesma intensidade e em sentido contrário”).

No caso de um automóvel, o apoio é o solo. O torque é aplicado ao girar os pneus, o que provoca um deslocamento do veículo.No caso de um barco, o apoio é a água. O torque é aplicado ao girar o leme, o que provoca uma rotação do barco. No caso de um avião, o apoio é o ar. O torque é aplicado ao girar as bordas das asas, o que provoca uma rotação do avião.

Como então girar um satélite se ele não tem qualquer ponto de apoio externo no espaço?

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Parte 5

Fundamentação

A Fig. 1 mostra um satélite com seu instrumento apontado para uma direção inicial (em azul). Mostra também (em amarelo), o satélite apontado para a direção final, já observando o alvo desejado.

Direção Inicial

Direção Final

Rotação Requerida

Figura 1

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Parte 5

Fundamentação (cont.)

A Fig. 2 mostra as forças F que devem ser aplicadas para movimentar o satélite. O par de forças F gera um Torque que provoca uma rotação.

Força geradora de Torque

F

F Figura 2

Torque

Direção Final

Rotação Requerida

Direção Inicial

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Parte 5

Fundamentação (cont.)

Uma das formas possíveis para aplicar a força F é por meio de propulsores, que são motores foguete que expulsam gases em alta velocidade. A Fig. 3 mostra a direção para onde os gases são expulsos.

Gases Expulsos

Figura 3

Torque

Direção Final

Rotação Requerida

Direção Inicial

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Parte 5

O experimento (*)

ObjetivoDemonstrar o princípio da ação e reação envolvido na expulsão de massa, que é utilizado para imprimir uma rotação em um satélite. Ao invés de gases, será utilizada a água impulsionada pela gravidade.

MaterialLatas de alumínio de refrigerante vazias ainda com o anel de abertura (no mínimo 3 para cada grupo de 3 ou 4 alunos)Linha de pesca fina Tesoura 3 Pregos de diferentes diâmetros (designados Pequeno, Médio e Grande)Balde com águaFita crepe e caneta vermelha

Duração: 1 horaProcedimento de montagem: Ver Fig. 5

(*) I

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NA

SA

.

Figura 4

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Parte 5

Como fazer as perfurações

Faça um furo próximo da base da lata.

Ainda com o prego no furo, girar a sua parte superior para o lado para torcer o furo.

3Executar outros três furos idênticos a aproximadamente 90 graus um do outro. Torcer os furos sempre na mesma direção.

4Atar um pedaço de ½ m de linha de pesca ao anel de abertura da lata.

5Colar um pedaço da fita crepe na lateral da lata e marcá-lo com tinta vermelha. O resultado final está na Fig. 4.

Figura 5

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Parte 5

A realização do experimento

Mergulhar a lata no balde de água até que esteja cheia de água.Suspender a lata pela linha acima da superfície da água do balde.A lata será acelerada pela água que vaza pelos furos. Esta aceleração demonstra o princípio da ação e reação.A faixa vermelha ajuda a contar o número de voltas da lata que são dadas até o momento em que a água se esgota. Em uma segunda etapa os alunos podem perfurar outras latas variando o número de furos e o diâmetro dos pregos. Em seguida devem fazer medidas comparativas da aceleração resultante por meio da contagem das voltas (Fig. 6).

Número deFuros: ___

Diâmetro dosFuros: ___

Número deVoltas: ___

Figura 6

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Parte 5

Exemplos de materiais didáticos da NASA

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Parte 5

Exemplos de materiais didáticos da NASA (cont.)

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Parte 5

Exemplos de materiais didáticos da NASA (cont.)

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Parte 5

Perguntas & Respostas

1. Porque colocar uma astronave em órbita da Terra?R: Para realizar missões que não podem ser realizadas na superfície da Terra devido à presença da atmosfera ou da gravidade, ou à impossibilidade de observar sua superfície de uma distância adequada, ou por não se poder observar simultaneamente pontos muito distantes sobre a superfície do planeta.

2. Dê dois exemplos do que astronaves podem fazer que não poderia ser feito na superfície da Terra? R: Sensoriamento meteorológico e observação astronômica em freqüências da espectrais absorvidas pela atmosfera terrestre.

3. Quais são as partes principais que constituem um satélite? R: Plataforma e Carga útil.

4. Liste e descreva três exemplos de missões espaciais. R: Observação da Terra, Observação Astronômica, e Comunicações.

5. Qual foi a nação que colocou o primeiro satélite em órbita, qual o nome do satélite e em que ano isto se deu? R: União Soviética, Sputnik, 1957.

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Parte 5

Perguntas & Respostas (cont.)

6. Que ministérios brasileiros coordenam nosso programa espacial? R: Ministério da Ciência e Tecnologia e Ministério da Defesa.

7. Quais são os órgãos do governo brasileiro responsáveis pelo nosso programa espacial? Quais são suas atribuições fundamentais? R: AEB (estabelece a política para a área espacial); INPE (desenvolvimento de satélites, observação da Terra, meteorologia, ciências espaciais, integração e testes); CTA (desenvolvimento de lançadores e foguetes de sondagem); CLA (infra-estrutura para os lançamentos); CLBI (apoio ao CLA e lançamento de foguetes de sondagem).

8. Descreva de forma resumida quais são as principais diferenças entre o ambiente espacial e o ambiente atmosférico no qual vivemos. R: No ambiente espacial a atmosfera tem uma composição química diferente da presente na superfície da Terra e é extremamente rarefeita. Por essa razão a presença de ondas eletromagnéticas e partículas é muito maior. Também lá se encontram em órbita partículas sólidas. A incidência de calor e a sua dissipação para o espaço também é bem maior, o que provoca grandes diferenças de temperatura nos corpos colocados nesse ambiente.

9. Qual a origem do “lixo” espacial? R: São partes inteiras de lançadores e satélites, ou partículas que deles se soltaram, que entram em órbita e lá permanecem por longos períodos de tempo.

10. Defina “altitude” e “atitude” de um satélite. R: A “altitude” é a distância da superfície da Terra até o satélite. A “atitude” é a orientação do satélite com relação à superfície da Terra, ao Sol, ou a estrelas.

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Parte 5

Perguntas & Respostas (cont.)

11. Explique onde está a imprecisão na afirmação: “As antenas parabólicas domésticas fixas podem receber ininterruptamente sinais de satélites geoestacionários pelo fato dos mesmos permanecerem parados”. R: Os satélites geoestacionários só estão parados em relação à superfície da Terra, que se move à taxa de 360 graus a cada 24 horas. Assim, sua imobilidade é apenas aparente.

12. As leis físicas que regem o movimento dos satélites são distintas das que regem o movimento dos planetas? R: Não, são exatamente as mesmas.

13. Se os satélites não permanecem visíveis todo o tempo, como se faz para apontar corretamente as antenas de rastreio quando da sua passagem? R: Por meio da previsão matemática do local (azimute e elevação da antena), e do momento onde ele estará na órbita seguinte a partir dos dados de rastreio.