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Trabalho escolar sobre os satélites geoestacionários, realizado no âmbito da disciplina de Física (11º ano).
Os satélites geostacionários são satélites que se encontram parados relativamente a um ponto fixo sobre a Terra, geralmente sobre a linha do equador. Como se encontram sempre sobre o mesmo ponto da Terra, os satélites geostacionários são utilizados como satélites de comunicações e de observação de regiões específicas da Terra. Note-se que um satélite que não é geostacionário nunca está sobre a mesma zona da Terra e por isso não pode ser utilizado para observar em permanência a mesma região.
Um ponto qualquer sobre a superfície da Terra move-se continuamente em torno do eixo da Terra com uma frequência de uma volta por dia. Isto significa que um satélite geostacionário tem que acompanhar o movimento da Terra, ou seja, ter um período de 24horas e mover-se com a mesma velocidade angular que a Terra. Os satélites artificiais existentes descrevem as mais diversas órbitas. Grande parte (a maioria) dos satélites não são geostacionários e descrevem várias órbitas por dia.
A resposta está na altitude a que os satélites são colocados e na velocidade inicial que lhes é imprimida. Quanto mais alta for a órbita de um satélite menor é a sua velocidade angular. A altitude para se colocar o satélite é de 35.786 km, onde a força centrífuga e a força centrípeta do planeta se anulam.
Um satélite geostacionário descreve, com velocidade de módulo constante, uma órbita em que se mantém constante à distância ao centro da Terra (trajectória circular).
Como o módulo da velocidade é constante, a variação da energia cinética do satélite não muda.
Os satélites em órbita são actuados por forças gravitacionais, estes estão em queda livre, mas não caiem para a terra porque a sua velocidade de lançamento foi suficientemente grande para “escapar” à força gravítica à superfície da Terra e atingirem a altitude desejada. A velocidade orbital e a velocidade de “escape” são-lhe comunicadas através de foguetões.
O movimento do satélite é circular e acompanha a curvatura da Terra, mantendo-se sempre à mesma altitude.
A única força que actua no satélite é a força gravitacional, a direcção da força é perpendicular à direcção da velocidade e provoca constantemente, a mudança de direcção da velocidade do satélite, embora não se altere o seu valor.
Pelo Teorema da energia cinética (WFr = DEc), concluímos que a Fg não realiza trabalho sobre o satélite,
→ Fg ^ v é portanto Fg ^ r então WFg = 0J
Para que um satélite seja colocado em órbita é necessário lançá-lo conjuntamente com um foguetão, a partir de uma posição conveniente situada à superfície da Terra. No lançamento de um satélite provoca-se a conversão de energia química em energia potencial gravítica e em energia cinética. O foguetão utilizado no lançamento deve abandonar o satélite no espaço com energia suficiente de modo a que este possa descrever uma trajectória circular com centro no centro da Terra, isto é, tal que a força gravitacional tenha uma direcção que, em cada instante, seja perpendicular à da velocidade.
Os satélites são ditos geostacionários quando estes são colocados numa órbita circular em torno da Terra tal que a sua velocidade angular seja a mesma da terra, ou seja, para um observador na terra o satélite comporta-se como se estivesse estacionário num determinado local no céu.
A aceleração do movimento circular uniforme, aceleração centrípeta, é pois, radial, dirigida para o centro da trajectória e de módulo constante.
Características:
Período (T): tempo que a partícula demora a completar uma rotação – unidade SI é o segundo (s).
Frequência (f ): número de voltas executadas na unidade de tempo – unidade SI é o Hertz (Hz ou s-1)
T = f-1
Velocidade angular (w): é o ângulo descrito pela partícula na unidade de tempo – unidade SI é o rad/s.
w = Dj / Dt
Se a partícula descreve uma volta completa ∆φ=π e ∆t = T, então:
w = Dp / T
V = Ds / Dt
Podemos relacionar ∆s = ∆φ x r
Então: v = w x r
e
v = (Dp / T ).r
Logo a velocidade linear é:
A velocidade angular apenas depende do período ou da frequência, ou seja não depende do raio.
w = Dp / t = 2pf
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