Gravidade

Um dos maiores equívocos que algumas pessoas ainda cometem ao analisarem imagens, vídeos ou filmes com astronautas no espaço, em órbita da Terra,  é pensar que a flutuação deles se dá pela ausência de gravidade.
Existem atualmente empresas de aviação nos EUA, Rússia, e agora a partir de 2013 também na Europa, que já realizam voos comerciais, antes restritos aos treinamentos de astronautas, simulando esta condição encontrada no espaço.

O físico Stephen Hawking foi um dos que experimentou tal sensação em um destes voos, em 2007. Durante os mergulhos do avião, ele girou, deu piruletas, bateu a cabeça, parecendo um ginasta, e se divertiu muito (foto).
Para contribuir para preservar o pensamento errôneo, o termo usado nestes programas comerciais é Zero-G. Veja a foto de um avião Air-bus usado no primeiro voo comercial deste tipo na Europa, realizado em abril de 2013.


Ajuda de Newton
Quando eu tento explicar aos alunos que trazem esta ideia errada na cabeça, que não é bem assim como alguns possam pensar, costumo desenhar na lousa a mesma figura usada por Newton, em 1687, em seu livro Principia Mathematica Philosophia Naturalis. Newton imaginou uma grande montanha, de onde um objeto seria atirado do topo dela na direção horizontal, com velocidades cada vez maiores. Nota-se que quanto maior a velocidade inicial, mais longe da montanha o objeto cai, até que, com uma velocidade determinada, ele entra em órbita.

Este entendimento é essencial para que se compreenda porque também é correto afirmar que os objetos sem propulsão própria, e em órbita do nosso planeta, inclusive a Lua, estão de certa forma "caindo" em direção à Terra, com velocidade constante e direção tangente à trajetória, e a aceleração (gravidade) com sentido sempre voltado para o centro. Veja a animação, retirada da Wikipediamostrando a direção do vetor velocidade (v) e do vetor aceleração (a).
Desta forma, a explicação dos corpos flutuarem dentro de uma nave ou avião nesta condição, é  justamente o fato de todos os objetos e pessoas estarem "caindo" com a mesma aceleração.

Velocidade de um satélite em órbita da Terra
A velocidade tangencial de um objeto em órbita de um planeta é dada pela expressão: $$\begin{equation*} \large v = \sqrt { \frac{G.M}{R}} \end{equation*}$$ onde G é uma constante universal e M é a massa do planeta. Reparem que a velocidade não depende da massa do objeto, e como G e M são constantes, esta velocidade depende exclusivamente do raio (R) da órbita. Isto significa que, se estiverem à mesma altitude, um astronauta ou um telescópio, como o Hubble, por exemplo, ambos estarão à mesma velocidade.
Se trocarmos o raio da órbita pela soma do raio da Terra (r) e a altitude do corpo (h) teremos à seguinte expressão:
$$\begin{equation*} \large v = \sqrt { \frac{G.M}{r+h}} \end{equation*}$$
Sabe-se que:





Calculando primeiramente a velocidade da Estação Espacial Internacional, que se encontra a uma altitude média de aproximadamente 345 km, obtive o valor de 28.000 km/h
O telescópio Hubble está a uma altitude de 569 km,  224 km acima da Estação Espacial, e este foi um ponto criticado por astrofísicos (Clique aqui para ler) e astronautas (Clique aqui para ler) a respeito do filme Gravidade, pois os astronautas se deslocam como se o telescópio e a Estação estivessem em órbitas semelhantes. Calculando então a velocidade do Hubble, obtive o valor de 27.600 km/h, ou seja, a velocidade do Hubble, por estar mais acima, é cerca de 400 km/h menor do que a da Estação.

Gravidade: o Filme
Apesar das críticas ao filme que citei, não vejo a hora de que ele estreie  aqui em Piracicaba, pois mesmo aqueles que o criticaram, como o astrofísico Neil DeGrace Tyson, disseram ter gostado. Além disso, na estreia  que ocorreu dia 4 de outubro, nos EUA, o filme registrou grande audiência. Quem quiser dar uma olhadinha no trailer oficial, aí vai:
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O melhor gol de falta de todos os tempos. A Física explica.

O gol de falta mais lindo de todos os tempos foi considerado aquele feito pelo jogador Roberto Carlos, em 1997, em um amistoso da seleção brasileira contra a França. Devido ao efeito causado pela rotação da bola, ela fez uma curva incrível, enganando completamente o goleiro. Assista:

Explicação Física
Observe as figuras que eu montei, indicando uma bola chutada na direção da seta azul, e com rotação (em vermelho). Imagine que as figuras representam uma vista de cima, e que a bola esteja girando no ar. Reparem que enquanto a bola gira, o ponto A tem velocidade relativa para a frente. Como este ponto está indo contra o ar, isto faz com que a velocidade relativa de escoamento deste ar através da bola nesta região seja diminuída, e fique menor do que a velocidade de escoamento da região do ponto B, pois este ponto, por estar se movendo relativamente para trás, em relação à seta azul, faz com que "ajude" o escoamento do ar através da bola, permitindo que esta velocidade relativa de escoamento seja maior do que no ponto A. Este efeito é conhecido como Efeito Magnus.
Mas como isto provoca a curva na trajetória da bola?

A Pressão e a Força do ar
O ar é composto de moléculas, todas se chocando rapidamente contra a bola, tanto do lado do ponto A como do lado do ponto B, exercendo pequenas forças mostradas pelas setinhas verdes, como mostra a figura.
Do lado B, em que as moléculas de ar são arrastadas através da bola mais rapidamente, elas têm menos tempo para se chocarem com a bola, e portando, a pressão é menor do que do lado A. Isto faz com que a força resultante seja direcionada no sentido mostrado pela seta verde da figura, e explica porque a bola desvia neste sentido. Portanto, onde a velocidade do ar é menor, a pressão é maior, e as forças também são maiores.

Fonte:
http://fisicamoderna.blog.uol.com.br/arch2006-06-04_2006-06-10.html#2006_06-09_15_30_15-7000670-0
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