O ônibus espacial Atlantis foi lançado ao espaço com cinco astronautas a bordo e uma câmera nova, que iria substituir uma outra danificada por um curto-circuito no telescópio Hubble. Depois de entrarem em órbita a 560 km de altura, os astronautas se aproximaram do Hubble. Dois astronautas saíram da Atlantis e se dirigiram ao telescópio. Ao abrir a porta de acesso, um deles exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno.”
Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta
A) se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade.
B) se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena.
C) não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais.
D) não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita.
E) não se justifica, pois a ação da força-peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
Física (Mecânica: Gravitação Universal, Força Peso, Massa, Leis de Newton, Movimento em Órbita, Força Centrípeta, Flutuação/Imponderabilidade), Astronomia (Órbitas), Interpretação de Texto.
Tema/Objetivo Geral:
Compreensão dos conceitos de massa, peso e imponderabilidade (sensação de “peso pequeno” ou ausência de peso) para objetos em órbita ao redor da Terra, desmistificando a ideia de “ausência de gravidade” no espaço próximo à Terra.
Nível da Questão
Médio. Esta questão é de nível médio porque exige a compreensão da diferença entre massa e peso, e como a força peso (gravidade) ainda atua em objetos em órbita. É preciso entender que a sensação de “peso pequeno” ou imponderabilidade não significa ausência de gravidade, mas sim que a gravidade está sendo usada para manter o objeto em órbita, gerando a “queda livre constante”.
Gabarito
A alternativa correta é a D. Ela está correta porque a frase do astronauta (“Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno”) não se justifica. Em órbita a 560 km de altura, a força-peso (gravidade da Terra) sobre o telescópio ainda é significativa e é justamente essa força que o mantém em órbita, atuando como a força centrípeta. A sensação de “peso pequeno” (imponderabilidade) é devido à queda livre constante, não à ausência de peso.
Resolução Passo a Passo
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial
“Considerando o texto e as leis de Kepler, pode-se afirmar que a frase dita pelo astronauta”
O que está sendo pedido?
O comando nos pede para analisar a frase do astronauta (“Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno”) e determinar se ela se justifica ou não, considerando o contexto (em órbita a 560 km da Terra) e as leis da física (inclusive as leis de Kepler, que regem o movimento orbital).
Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é diferenciar os conceitos de massa e peso, entender a atuação da gravidade em órbita e explicar a sensação de imponderabilidade para julgar a correção da afirmação do astronauta.
Pergunta de Atenção
Você se lembra que “massa” e “peso” são coisas diferentes? E que mesmo no “espaço” (em órbita perto da Terra), a gravidade ainda existe e é muito importante?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Vamos revisar os conceitos chave de física e astronomia:
| Conceito | Explicação Simples e Fácil | Como se aplica ao Telescópio em Órbita |
| Massa (m) | É a quantidade de matéria que um corpo possui. É uma propriedade intrínseca do objeto e não muda, esteja ele na Terra, na Lua ou no espaço. | A massa do telescópio Hubble é a mesma, independentemente de onde ele esteja. O astronauta está certo ao dizer que a massa é “grande”. |
| Força Peso (Peso – P) | É a força com que a gravidade (de um planeta, por exemplo) atrai um corpo. É uma força, calculada por P = m * g, onde g é a aceleração da gravidade no local. O peso muda dependendo do campo gravitacional. | Na superfície da Terra, o peso do telescópio seria m * g_terra. Em órbita, ainda há gravidade da Terra. |
| Aceleração da Gravidade (g) | Aceleração que um corpo experimenta devido à atração gravitacional. Diminui com a distância ao centro do planeta. | A 560 km de altura, g ainda é significativa (cerca de 85% do valor na superfície). Não é zero! |
| Órbita | Trajetória que um corpo celeste (ou satélite) descreve ao redor de outro, devido à força gravitacional. | O telescópio Hubble está em órbita ao redor da Terra. |
| Força Centrípeta | É uma força que puxa um objeto em movimento curvilíneo para o centro da curva, mantendo-o na trajetória. | A força que nos puxa para dentro quando fazemos uma curva de carro. |
| Movimento em Órbita (Queda Livre Constante) | Um objeto em órbita está constantemente “caindo” em direção à Terra, mas a sua velocidade horizontal é tão alta que ele “erra” o chão. A força gravitacional da Terra ainda age sobre ele, e é essa força que o mantém na órbita, atuando como a força centrípeta. | É como se você jogasse uma bola tão forte que ela começasse a “cair” ao redor da Terra, sem nunca atingir o chão. |
| Imponderabilidade / “Peso Aparente Zero” | É a sensação de “flutuar” ou não sentir o próprio peso. Não significa que a gravidade é zero, mas que o corpo está em queda livre juntamente com o ambiente ao seu redor. Tudo “cai” junto. | Os astronautas “flutuando” na Estação Espacial Internacional. Eles não estão sem gravidade, estão em queda livre constante. |
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada
O texto conta que astronautas foram consertar o telescópio Hubble, que está girando ao redor da Terra a 560 km de altura. Um astronauta, ao ver o telescópio, exclamou: “Esse telescópio tem a massa grande, mas o peso é pequeno.” A pergunta quer saber: essa frase do astronauta está certa ou errada? E por quê? A gente precisa pensar na diferença entre massa e peso e o que realmente acontece com a gravidade e os objetos quando eles estão “flutuando” no espaço, mas perto da Terra.
Estratégia Geral
- Avaliar a afirmação sobre a massa: a massa do telescópio é intrínseca, grande.
- Avaliar a afirmação sobre o peso: a 560 km, a gravidade da Terra ainda é forte. O telescópio tem peso. A sensação de “peso pequeno” ou flutuação é a chave para a armadilha.
- Conectar a presença da gravidade com o movimento orbital: é a gravidade que mantém o telescópio em órbita, agindo como força centrípeta.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
Vamos analisar a frase do astronauta e o contexto orbital:
- 1. Análise da primeira parte da frase: “Esse telescópio tem a massa grande…”
- Massa é a quantidade de matéria. O telescópio Hubble é uma estrutura enorme, então sim, ele tem uma massa muito grande. O astronauta está correto nesta parte.
- 2. Análise da segunda parte da frase: “…mas o peso é pequeno.”
- Peso é a força da gravidade (P = m * g).
- O telescópio está em órbita a 560 km de altura. A essa altitude, a aceleração da gravidade (g) da Terra ainda é bastante significativa, cerca de 85% do valor na superfície (aproximadamente 8,5 m/s²).
- Portanto, o telescópio ainda tem um peso considerável devido à atração gravitacional da Terra. Ele não tem um “peso pequeno” no sentido de a gravidade ser quase nula.
- A sensação de “flutuação” ou “peso pequeno” que os astronautas e o telescópio experimentam é a imponderabilidade, que ocorre porque o telescópio e os astronautas estão em queda livre constante ao redor da Terra. A força da gravidade está atuando sobre eles, mas ela está sendo usada para mantê-los em órbita, em vez de puxá-los para o chão.
- 3. Conclusão sobre a frase: A frase do astronauta “o peso é pequeno” é equivocada se interpretada como uma redução significativa da força gravitacional. A força-peso da Terra ainda é substancial e essencial para manter o telescópio em órbita.
- 4. Conectando com o comando “não se justifica”: A frase não se justifica porque a força-peso não é pequena. Pelo contrário, ela é a força que mantém o telescópio em órbita.
- Verificação Intermediária
A distinção entre massa e peso é crucial. A massa não muda, mas o peso é uma força. Em órbita, o “peso aparente” é nulo, mas o peso real (força da gravidade) é grande o suficiente para manter o objeto orbitando. É a força da gravidade terrestre que age como força centrípeta.
- Possível armadilha
A armadilha principal é cair na ideia de que “no espaço não tem gravidade” ou que a gravidade em órbita é desprezível, o que é um erro comum. A 560 km, a gravidade é forte. A sensação de “flutuar” é a imponderabilidade, causada pela queda livre.
- Fechamento e expectativa
O raciocínio indica que a frase do astronauta não se justifica porque o telescópio ainda tem um peso significativo devido à gravidade da Terra, e essa gravidade é que o mantém em órbita. Esperamos que a alternativa correta explique essa falácia.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
- (🔴) Alternativa A: “se justifica porque o tamanho do telescópio determina a sua massa, enquanto seu pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade.” Incorreta. A primeira parte (“tamanho… determina sua massa”) é aceitável, mas a segunda parte (“pequeno peso decorre da falta de ação da aceleração da gravidade”) está errada. A aceleração da gravidade está agindo e é significativa.
- (🔴) Alternativa B: “se justifica ao verificar que a inércia do telescópio é grande comparada à dele próprio, e que o peso do telescópio é pequeno porque a atração gravitacional criada por sua massa era pequena.” Incorreta. A inércia do telescópio é grande, mas não é o que justifica o “peso pequeno”. A atração gravitacional criada pela massa do telescópio é desprezível para o astronauta. O peso do telescópio é devido à atração gravitacional da Terra, que não é pequena.
- (🔴) Alternativa C: “não se justifica, porque a avaliação da massa e do peso de objetos em órbita tem por base as leis de Kepler, que não se aplicam a satélites artificiais.” Incorreta. As leis de Kepler descrevem o movimento orbital e se aplicam a satélites artificiais, pois estes também orbitam sob a influência gravitacional. A justificativa para a frase estar incorreta não é essa.
- (🟢) Alternativa D: “não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita.” Correta. A frase não se justifica porque a força-peso (gravidade da Terra) sobre o telescópio a 560 km de altura ainda é considerável. É essa força-peso que age como a força centrípeta, constantemente puxando o telescópio para o centro da Terra e, assim, mantendo-o em sua trajetória orbital (queda livre constante). O peso não é “pequeno” no sentido de que a gravidade é fraca.
- (🔴) Alternativa E: “não se justifica, pois a ação da força-peso implica a ação de uma força de reação contrária, que não existe naquele ambiente. A massa do telescópio poderia ser avaliada simplesmente pelo seu volume.” Incorreta. A falta de uma “força de reação contrária” (como a normal de uma superfície) é o que causa a sensação de imponderabilidade, mas a força-peso ainda existe. Avaliar a massa pelo volume é impreciso e não se relaciona com o erro sobre o peso.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio
A frase do astronauta (“peso é pequeno”) não se justifica no contexto orbital. Embora o telescópio e os astronautas sintam-se “sem peso” (em imponderabilidade) devido à queda livre constante ao redor da Terra, a força-peso real exercida pela gravidade terrestre a 560 km de altura ainda é substancial. É essa força gravitacional que atua como força centrípeta, mantendo o telescópio em sua órbita e impedindo que ele caia de volta à Terra.
Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a D, pois a frase dita pelo astronauta não se justifica, porque a força-peso é a força exercida pela gravidade terrestre, neste caso, sobre o telescópio e é a responsável por manter o próprio telescópio em órbita.
Resumo Final para Revisão 🔍
Lembre-se: “flutuar” no espaço perto da Terra não significa que não há gravidade! A gravidade está lá e é ela que te mantém em órbita. Você apenas “cai” junto com tudo, por isso não sente peso! Massa é a mesma, peso é uma força!
