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

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2 Objetivos Realizar o experimento Como girar um satélite?. Exemplos de materiais didáticos elaborados pela NASA. Sessão de Perguntas & Respostas. p. 2

3 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? p. 3

4 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 Final Rotação Requerida Direção Inicial Figura 1 p. 4

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 Direção Final Torque F Rotação Requerida Direção Inicial F Figura 2 p. 5

6 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 Direção Final Torque Rotação Requerida Direção Inicial Figura 3 p. 6

7 O experimento (*) Objetivo (*) Ilustrações extraídas de material didático da NASA. Figura 4 Demonstrar 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. Material Latas 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 água Fita crepe e caneta vermelha Duração: 1 hora Procedimento de montagem: Ver Fig. 5 p. 7

8 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. 3 4 Executar outros três furos idênticos a aproximadamente 90 graus um do outro. Torcer os furos sempre na mesma direção. Atar um pedaço de ½ m de linha de pesca ao anel de abertura da lata. 5 Colar um pedaço da fita crepe na lateral da lata e marcá-lo com tinta vermelha. O resultado final está na Fig. 4. Figura 5 p. 8

9 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 de Furos: Diâmetro dos Furos: Número de Voltas: Figura 6 p. 9

10 Exemplos de materiais didáticos da NASA p. 10

11 Exemplos de materiais didáticos da NASA (cont.) p. 11

12 Exemplos de materiais didáticos da NASA (cont.) p. 12

13 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, p. 13

14 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. p. 14

15 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. p. 15

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