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13: Gravitação

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    Nesta seção, estudamos a natureza da força gravitacional para objetos tão pequenos quanto nós e para sistemas tão massivos quanto galáxias inteiras. Mostramos como a força gravitacional afeta objetos na Terra e o movimento do próprio Universo. A gravidade é a primeira força a ser postulada como uma força de ação à distância, ou seja, os objetos exercem uma força gravitacional uns sobre os outros sem contato físico e essa força cai para zero apenas a uma distância infinita. A Terra exerce uma força gravitacional sobre você, mas nosso Sol, a Via Láctea e os bilhões de galáxias, como as mostradas acima, que estão tão distantes que não podemos vê-las a olho nu.

    • 13.1: Prelúdio da Gravitação
      Nosso Universo visível contém bilhões de galáxias, cuja própria existência se deve à força da gravidade. Em última análise, a gravidade é responsável pela produção de energia de todas as estrelas, iniciando reações termonucleares nas estrelas, permitindo que o Sol aqueça a Terra e tornando as galáxias visíveis a distâncias insondáveis.
    • 13.2: Lei da Gravitação Universal de Newton
      Todas as massas se atraem com uma força gravitacional proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Massas esfericamente simétricas podem ser tratadas como se toda a sua massa estivesse localizada no centro. Objetos não simétricos podem ser tratados como se sua massa estivesse concentrada em seu centro de massa, desde que sua distância de outras massas seja grande em comparação com seu tamanho.
    • 13.3: Gravitação perto da superfície da Terra
      O peso de um objeto é a atração gravitacional entre a Terra e o objeto. O campo gravitacional é representado como linhas que indicam a direção da força gravitacional; o espaçamento entre linhas indica a força do campo. O peso aparente difere do peso real devido à aceleração do objeto.
    • 13.4: Energia potencial gravitacional e energia total
      A aceleração devido à gravidade muda à medida que nos afastamos da Terra, e a expressão da energia potencial gravitacional deve refletir essa mudança. A energia total de um sistema é a soma da energia potencial cinética e gravitacional, e essa energia total é conservada no movimento orbital. Objetos com energia total menor que zero são vinculados; aqueles com zero ou maior são ilimitados.
    • 13.5: Órbitas e energia de satélites
      As velocidades orbitais são determinadas pela massa do corpo que está sendo orbitado e pela distância do centro desse corpo, e não pela massa de um objeto em órbita muito menor. O período da órbita também é independente da massa do objeto em órbita. Corpos de massas comparáveis orbitam em torno de seu centro de massa comum e suas velocidades e períodos devem ser determinados a partir da segunda lei de Newton e da lei da gravitação.
    • 13.6: Leis do movimento planetário de Kepler
      Johannes Kepler analisou cuidadosamente as posições no céu de todos os planetas conhecidos e da Lua, traçando suas posições em intervalos regulares de tempo. A partir dessa análise, ele formulou três leis: a primeira lei de Kepler afirma que todo planeta se move ao longo de uma elipse. A segunda lei de Kepler afirma que um planeta varre áreas iguais em tempos iguais. A terceira lei de Kepler afirma que o quadrado do período é proporcional ao cubo do semi-eixo maior da órbita.
    • 13.7: Forças de maré
      As marés da Terra são causadas pela diferença nas forças gravitacionais da Lua e do Sol nos diferentes lados da Terra. A primavera ou a maré baixa (alta) ocorrem quando a Terra, a Lua e o Sol estão alinhados, e as marés baixas ou baixas ocorrem quando formam um triângulo reto. As forças de maré podem criar aquecimento interno, mudanças no movimento orbital e até mesmo destruição de corpos em órbita.
    • 13.8: Teoria da Gravidade de Einstein
      De acordo com a teoria da relatividade geral, a gravidade é o resultado de distorções no espaço-tempo criadas pela massa e pela energia. O princípio da equivalência afirma que tanto a massa quanto a aceleração distorcem o espaço-tempo e são indistinguíveis em circunstâncias comparáveis. Os buracos negros, resultado do colapso gravitacional, são singularidades com um horizonte de eventos proporcional à sua massa.
    • 13.E: Gravitação (exercícios)
    • 13.S: Gravitação (Resumo)

    Miniatura: Nosso Universo visível contém bilhões de galáxias, cuja própria existência se deve à força da gravidade. Em última análise, a gravidade é responsável pela produção de energia de todas as estrelas, iniciando reações termonucleares nas estrelas, permitindo que o Sol aqueça a Terra e tornando as galáxias visíveis a distâncias insondáveis. A maioria dos pontos que você vê nesta imagem não são estrelas, mas galáxias. (crédito: modificação do trabalho pela NASA).