A Lei da Gravitação Universal é um dos temas recorrentes das provas de Física. Por sua vez, a Física é um conteúdo garantido nos principais vestibulares do país. Aliás, ela é porta de entrada de milhares de estudantes para o ensino superior. Sendo assim, não podemos deixar de lado esse conteúdo tão relevante.
E não se fala em Física sem citar, ao menos, a Lei da Gravitação Universal, desenvolvida por Isaac Newton. Por consequência, ele foi um físico renomado, a quem se recorre até hoje para trilhar uma linha de raciocínio para entender o movimento planetário.
Portanto, tendo como base os estudos de Nicolau Copérnico, Newton passou a analisar o movimento dos planetas visando compreender o fundamento por trás do curso dos corpos celestes. Assim, segundo o físico, o movimento acontecia devido à atração entre as massas, ou seja, entre os planetas.
Interação entre os corpos: a explicação dos movimentos
É importante entender que a descoberta da Lei da Gravitação Universal foi, de longe, um dos maiores estudos desenvolvidos por Isaac Newton. Assim, trazendo a público uma compreensão que, até então, não se tinha a respeito dos movimentos dos corpos no espaço.
Nesse sentido, a Lei da Gravitação Universal propõe uma visão baseada na interação entre os corpos e explica desde fenômenos mais simples, como a queda de um objeto próximo à superfície da Terra, até fatores mais complexos, como a rotação de planetas em órbitas específicas e movimentos distintos entre si.
Logo, a relevância de tal teoria é indiscutível. Por isso, saber como essa lei funciona é algo essencial para o vestibular. Afinal, muitas universidades e, até mesmo o Enem, cobram a aplicação desse conceito em suas provas.
Apesar de parecer complicado, entender esse conteúdo não é tão difícil assim e, com um pouco de atenção ao detalhes, você com certeza irá conseguir compreender como a Lei da Gravitação Universal funciona. E, assim, aplicar os seus conhecimentos no vestibular.
Então, chegou a hora de aprender, de uma vez por todas, sobre o tema que tanto se fala nas aulas de Física e como elr pode explicar muitos fenômenos do nosso dia a dia.
Lei da Gravitação Universal: entenda o conceito
E, então, você sabe explicar o porquê dos objetos sempre caírem em direção ao solo? Não? Pois Isaac Newton sabe!
Logo, a condição que os objetos possuem de caírem quando soltos de uma determinada altura é algo que já era conhecido há séculos. Contudo, foi somente em meados de 1687 que tal ação foi explicada, graças ao físico inglês Isaac Newton.
Inicialmente, a história conta que a primeira relação de Newton com esse conceito surgiu após o cientista observar a queda de uma maçã da árvore. Ele passou, então, a questionar a razão de tal movimento. Mas quem diria que uma ação tão simples quanto a queda de uma maçã iria iniciar os estudos de uma das maiores teorias já vistas, não é mesmo?
Portanto, Newton, depois de analisar a queda da fruta, imaginou que a relação de força entre a Terra e a maçã em queda poderia ser a mesma que mantém os astros em órbita no nosso sistema solar.
Gravidade
Desse modo, segundo o físico, tanto os orbitais quanto a queda de um objeto estão sob um mesmo efeito: a gravidade. Assim, ambas as ações poderiam ser vistas como um mesmo tipo de movimento. Porém, diferenciado entre si devido à velocidade que cada corpo possui.
Exatamente, frente à essa hipótese, Isaac Newton propôs que da mesma forma como a maçã, a Lua tende a cair em direção à Terra. No entanto, em movimento circular, por conta da ação da velocidade tangencial da órbita.
Logo, com essa perspectiva, o físico passou a desenvolver uma série de cálculos e suposições que, no final, se mostraram incompatíveis com os dados utilizados na pesquisa. Diante disso, Newton desistiu da teoria.
Todavia, o fundamento desse conceito era, de fato, válido e capaz de explicar diversos fenômenos com os quais nos deparamos no dia a dia.
Atração
Nesse sentido, ao observar a maçã cair de sua árvore, Newton entendeu que o movimento de queda seria dado devido à atração exercida pela Terra. Então, esta mesma perspectiva poderia ser aplicada à relação entre a Lua e a Terra e os demais planetas junto ao Sol.
Ou seja, a chamada atração entre massas seria, portanto, um fenômeno universal.
Logo, qualquer objeto jogado de certa altura, próximo à superfície da Terra, tende a cair em direção ao solo.
Atração da Terra: por que isso acontece?
Segundo Newton, a Terra possui uma espécie de atração, chamada posteriormente de gravidade, que mantém os corpos juntos à superfície do solo. Assim, independentemente da localização, a gravidade age sob todos os corpos à sua maneira.
O conceito físico, por sua vez, explica grande parte das relações dos objetos entre si. Dessa forma, podemos dizer que os corpos se atraem por conta da força exercida pela gravidade. Paralelamente, se eles se atraem, significa que também possuem gravidade. Por fim, atraem outros corpos: esta é a Lei da Gravitação Universal.
E isso não se aplicada somente à Terra. Os planetas do sistema solar não se movem em linha reta, mas sim de maneira circular, em órbita ao sol. Portanto, segundo a inércia, se nenhuma força age sobre um objeto, ele deve continuar a se mover em linha reta. Como os planetas não seguem esse caminho, significa que uma determinada força está, sim, atuando sobre eles. E essa força é a chamada gravidade.
Gravidade: relação entre massas e distâncias
Nesse sentido, podemos dizer que a lei de Newton afirma que dois corpos se atraem com uma força “x” determinada por suas massas e pelo total da distâncias que os separa.
Assim, quanto maior for a massa dos objetos, maior é a força da atração. Em contrapartida, a distância apresenta uma relação oposta, diminuindo a força ao ponto que os corpos se afastam entre si.
Em linhas gerais, então, podemos resumir a Lei da Gravitação Universal como uma relação onde todos os corpos se atraem com uma força proporcional à sua massa e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa.
Esse enunciado acima, por fim, resume a formulação desta lei. Aliás, ela pode ser colocada no papel para compreender a relação entre objetos e sua força de atração.
Formulação da Lei da Gravitação Universal: veja como fazer
Agora que você já conseguiu entender um pouco a teoria por trás da Lei da Gravitação Universal, chegou a hora de colocar esses conhecimentos no papel e compreender como a sua fórmula funciona.
De acordo com Isaac Newton, a força de atração entre massas pode ser calculada ao se levar em consideração:
Sendo F equivalente à força, G à gravidade que, conforme o Sistema Internacional corresponde à 6,67.10-11 N.m2.Kg2, m1 e m2 às massas dos dois corpos e d² à distância ao quadrado.
Como mostrado no esquema abaixo:
Logo, podemos distinguir a Lei da Gravitação Universal como a atração gravitacional entre dois corpos, onde a intensidade é medida de acordo com o produto das massas dos objetos, de forma proporcional, e do inverso do quadrado da distância entre eles.
Dicas para o Enem
Então, veja bem: quando falamos de força gravitacional, estamos nos referindo à atração. Por sua vez, ela não depende do meio onde os objetos estão inseridos e sim dos corpos em si.
Portanto, na formulação do conceito, temos G como a constante gravitacional, que possui um valor fixo, determinado por Henry Cavendish por meio da balança de torção.
Com tais conceitos em mente, portanto, chegou a hora de colocar os seus conhecimentos em prática. Vem com a gente!
Exercícios resolvidos sobre Lei da Gravitação Universal
Para ir para o vestibular você precisa estar preparado. Assim, é necessário resolver alguns exercícios e colocar tudo o que você aprendeu acima em prática, para não errar na hora da prova.
Veja alguns exercícios sobre a Lei da Gravitação Universal e teste os seus conhecimentos:
1) (UCB-DF) A Lei da Gravitação Universal de Newton é expressa por:
Em que G é uma constante de proporcionalidade, M é a massa de um objeto maior, m é a massa de um objeto menor, r é a distância entre os centros de gravidade dos objetos e o sinal negativo corresponde à força atrativa. De acordo com a Lei de Gravitação Universal de Newton, se a distância entre um par de objetos é triplicada, a força é equivalente a (o):
a) um nono do valor original.
b) um terço do valor original.
c) três vezes o valor original.
d) nove vezes o valor original.
e) mesmo valor que a original.
Resolução: Segundo Isaac Newton, a Lei da Gravitação Universal aponta que a força de atração entre os corpos é proporcional às massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância. Sendo assim, com a distância triplicada, a força de atração torna-se nove vezes menor, considerando, então, a distância como o quadrado de três.
Alternativa correta: A
2) Determine a força de atração entre o Sol e a Terra em termos de 1022 N sabendo que a massa da Terra é 6.10 24 kg, a massa do Sol é 2. 1030 kg e a distância entre os dois astros é de 1,5.108 km.
Dado: 1 km = 103 m
a) 3,52
b) 4,58
c) 1,51
d) 2,52
e) 2,10
Resolução:
Alternativa correta: A
3) (UFU-MG) Um dos avanços na compreensão de como a Terra é constituída deu-se com a obtenção do valor de sua densidade, e o primeiro valor foi obtido por Henry Cavendish no século XIV. Considerando a Terra como uma esfera de raio médio de 6.300 km, qual é o valor aproximado da densidade de nosso planeta?
Dados: g = 10 m/s2, G = 6,6 x 10–11 Nm2/Kg2 e π = 3
a) 5,9 x 106 kg/m3
b) 5,9 x 103 kg/m3
c) 5,9 x 1024 kg/m3
d) 5,9 x 100 kg/m3
Resolução: Podemos definir a massa da Terra conforme o seguinte cálculo, considerando g o valor de aceleração da gravidade, R o raio da Terra e G a constante de gravitação pré-definida pelo Sistema Internacional:
Logo, o volume da Terra pode ser obtido com a equação:
Que determina o volume de uma esfera.
Assim, considerando a relação entre massa e volume, temos a densidade e podemos calcular o resultado como:
Alternativa correta: B
Em suma, uma das maiores teorias da Física, a Lei da Gravitação Universal é presença confirmada em todos os vestibulares e no Enem. Por isso, compreender como esse fenômeno funciona e como aplicá-lo em equações é algo fundamental.
Assim, a visão de Isaac Newton em relação à gravidade é capaz de explicar diversos fatores, desde os mais simples, como a queda de uma maçã, até os mais complexos, como a órbita dos planetas e astros do sistema solar.
E, apesar de soar um pouco complicado no início, a aplicação dos conceitos da gravidade pode ser bem simples – basta estudar e colocar no papel o que você aprendeu na teoria, testando sempre os seus conhecimentos.
Então, antes do vestibular, prepare-se e não deixe de estudar a fim de ter os conhecimentos na ponta da língua!