Órbita Elíptica

Uma órbita elíptica é a rotação de um objeto em torno de outro em um caminho em forma oval chamado elipse.

Os planetas no sistema solar orbitam o sol em órbitas elípticas.

Muitos satélites orbitam a Terra em órbitas elípticas, assim como a lua.

De fato, a maioria dos objetos no espaço sideral viaja em uma órbita elíptica.

Órbita elíptica – Significado

O termo “órbita elíptica” é usado em astrofísica e astronomia para descrever um caminho em forma oval de um corpo celeste.

A Terra, assim como todos os outros planetas do Sistema Solar, seguem esse tipo de órbita ao redor do Sol.

A forma é criada pela tração variável de forças, como a gravidade, em dois objetos, como o Sol e um planeta.

Segundo especialistas, existem quatro tipos de caminhos orbitais que um corpo celeste pode seguir.

Em uma órbita hiperbólica, um corpo é puxado em torno de outro objeto, mas retém energia suficiente para se afastar do objeto em um caminho diferente, formando um “U”.

Uma órbita de impacto em espiral ocorre quando um corpo é puxado em uma espiral inevitável em direção a um objeto com maior força de tração até colidir com esse objeto.

Órbitas circulares requerem um equilíbrio perfeito de forças para permitir que um corpo siga um caminho circular exato em torno de outro objeto.

Uma órbita elíptica ocorre quando uma órbita circular é interrompida por forças, como a gravidade de objetos próximos, e segue um caminho relativamente estável, mas não circular.

Por milhares de anos, os cientistas acreditaram que os planetas do Sistema Solar seguiam órbitas circulares com o Sol no centro.

No início do século XVII, o astrônomo alemão Johannes Kepler determinou que esse não era o caso.

Segundo o trabalho de Kepler, a Terra e outros planetas têm órbitas elípticas, com o Sol servindo como ponto focal e não o centro exato.

As descobertas de Kepler permitiram o desenvolvimento de previsões precisas de onde cada planeta estaria em um dado momento, avançando bastante a compreensão científica do Sistema Solar.

Embora sejam necessárias variações na força de tração para fazer uma órbita circular elíptica, essa quantidade pode ser extremamente pequena. A Terra é notável por ter um caminho quase circular, interrompido apenas por uma excentricidade incrivelmente pequena. Sabe-se que o caminho elíptico exato varia ao longo de grandes períodos de tempo; no entanto, em um período de cerca de 100.000 anos, o caminho se tornará mais circular e depois oval. O caminho orbital também é afetado por dois outros fatores, chamados precessão e inclinação, que afetam o alinhamento e a posição do eixo da Terra.

Objetos celestes em uma órbita elíptica, como a Terra, se movem em diferentes velocidades em diferentes pontos de sua órbita. Segundo Kepler, um objeto com esse tipo de órbita cobre a mesma distância, ao mesmo tempo, em qualquer ponto da órbita. Devido à forma oval, isso significa que o corpo deve viajar mais rápido para cobrir a mesma quantidade de distância em determinados pontos da órbita. Por exemplo, a Terra viaja a uma velocidade mais alta quando está mais próxima do Sol, em janeiro, do que quando está mais distante, em julho.

O que é uma órbita elíptica?

Uma órbita elíptica é o movimento de um corpo em torno de outro em um caminho de forma oval. Pode ser definida como uma órbita de Kepler que possui uma excentricidade que varia de 0 a 1. No estudo da mecânica celeste, uma órbita de Kepler lida com as leis e os princípios dos corpos em órbita que se movem na forma de uma elipse, hipérbole ou parábola. . Na astrodinâmica, a excentricidade, às vezes chamada de primeira excentricidade, de uma órbita é um parâmetro que descreve sua forma e extensão reais.

Sob as premissas e princípios padrão da astrodinâmica, uma órbita deve ter um formato de seção cônica. A excentricidade cônica é então um valor numérico. Esse número representa um ângulo de projeção específico, definindo a planicidade ou a redondeza de uma órbita elíptica.

A excentricidade para uma órbita elíptica também pode ser definida como uma medida de desvio de uma órbita da forma de um círculo padrão. A excentricidade orbital para uma órbita circular perfeita é 0.

Esse valor serve como referência para avaliar a divergência de qualquer órbita elíptica em relação ao círculo padrão.

O sistema solar da Terra é composto de inúmeros satélites naturais, como planetas, luas, cometas e corpos rotativos semelhantes. Esses corpos orbitam em torno de suas respectivas primárias – como a Terra orbitando o Sol – ao longo de uma órbita elíptica fixa. Uma visão geral de seus movimentos parece dar uma impressão de órbitas circulares.

Na realidade, porém, todos os corpos celestes seguem estritamente órbitas elípticas, com graus variados de medidas excêntricas. Quanto maior o valor da excentricidade, mais plana e alongada será a forma da órbita elíptica.

A excentricidade da órbita elíptica da Terra é atualmente medida em 0,0167. Esse valor baixo torna a órbita elíptica da Terra quase um círculo perfeito. Por outro lado, os valores excêntricos dos cometas estão próximos de 1, tornando suas órbitas quase planas e alongadas. No caso de um problema gravitacional de dois corpos, uma medida de excentricidade entre 0 e 1 permite que ambos os corpos giram em órbitas idênticas.

Exemplos populares de órbitas elípticas são a órbita de transferência de Hohmann, a órbita de Molniya e a órbita da tundra.

O conceito de órbita elíptica foi descoberto e promovido por Johannes Kepler, um cientista alemão no início do século XVII.

As descobertas foram publicadas em sua Primeira Lei do Movimento Planetário e apresentaram leis importantes relacionadas às órbitas dos corpos celestes.

Essas descobertas ajudaram os cientistas a entender e estudar as propriedades de uma órbita elíptica.

A energia orbital específica, também conhecida como energia vis-viva, é definida como a soma da energia potencial e da energia cinética de um objeto em órbita.

Para uma órbita elíptica, a energia específica é negativa e é calculada independentemente de sua excentricidade. A natureza elíptica das órbitas planetárias é uma característica importante que determina mudanças sazonais, zonas de temperatura e zonas climáticas dos respectivos planetas.

Compreendendo as elipses

Uma elipse é como um círculo alongado, como se estivesse esticada nas extremidades.

Como o tamanho de um círculo é medido pelo diâmetro, o tamanho de uma elipse é medido pelo eixo maior e menor.

O eixo principal mede a maior distância entre a elipse, enquanto o eixo menor mede a menor.

Os matemáticos definem uma elipse pelos focos, essencialmente os dois “centros” da forma, ou no caso de uma órbita elíptica, os dois pontos em torno dos quais o objeto orbita.

Por que os planetas orbitam o Sol de maneira elíptica?

Os oito planetas orbitam o sol de maneira elíptica principalmente por causa das interações gravitacionais.

O sol tem uma força gravitacional, assim como a maioria dos planetas; outros corpos celestes também, e as maneiras pelas quais essas forças interagem e se atraem ou se repelem causam uma órbita.

A maioria dos físicos e astrônomos acredita que as órbitas planetárias devem ser perfeitamente circulares.

O fato de serem elípticos, dizem muitos, tem mais a ver com forças externas e erros de variação do que qualquer outra coisa.

O astrônomo alemão Johannes Kepler foi o primeiro a publicar material que comprova órbitas elípticas, e suas teorias ainda são consideradas definitivas. Eles foram adicionados e ampliados por Isaac Newton e Albert Einstein, entre outros.

Noções básicas do sistema solar

Acredita-se que o sistema solar contenha oito planetas, inclusive a Terra, que passam ao redor de um sol central em vários intervalos, cada um em sua própria trilha elíptica.

Mercúrio, Vênus, Terra e Marte juntos formam o que é conhecido como o sistema solar “interno”. Esses planetas giram mais rapidamente. Muito mais longe, encontra-se o sistema “externo”, composto por Júpiter, Saturno, Urano e Netuno.

Esses planetas ficam muito mais afastados um do outro do que os dos anéis internos, e suas órbitas tendem a ser muito maiores também. Todas as órbitas são elípticas, embora com exceção de Mercúrio, elas tendem a parecer quase perfeitamente circulares. Geralmente é apenas através de intensos cálculos matemáticos que as pessoas descobrem que são realmente elípticas.

Influência da excentricidade

Kepler foi o primeiro a identificar a forma elíptica no final dos anos 1600. Ele apresentou três “leis do movimento planetário” relacionadas que quantificam o movimento orbital com alguma precisão.

Por meio dessas leis, ele foi capaz de explicar que os planetas se moviam em um plano com o sol em um foco e determinou que a forma da elipse deveria ser medida em termos de excentricidade; a saber, quanto mais excêntrica é uma órbita, mais alongada é. Kepler não determinou por que orbitam em uma elipse, mas sua base foi usada por outros físicos que apresentaram explicações concretas.

Importância da Gravidade

Os estudos de Newton concluíram que a gravidade desempenha um papel importante. Através de uma série de cálculos, ele foi capaz de mostrar que os planetas se atraem e o sol, como o sol também exerce uma força gravitacional sobre eles. Isso tem o efeito de esmagar órbitas que seria de esperar circular em um sistema fechado, à medida que as forças gravitacionais agem umas sobre as outras.

Curvatura do espaço

A forma física da expansão do espaço também contribui. A teoria da relatividade de Einstein também ajuda a completar a explicação de por que os planetas orbitam o Sol de maneira elíptica, já que parte da forma das órbitas é resultado da curvatura do espaço causada pelos planetas que atuam no espaço-tempo ao seu redor. A “curvatura” do espaço resultante tem um impacto proporcional no movimento e força o que de outra forma seria circular a achatar e alongar.

Aplicações Matemáticas

Na maioria dos casos, a única maneira precisa de medir órbitas e calcular a velocidade e o movimento planetário é realizar uma série de cálculos matemáticos um tanto complexos.

As pessoas podem calcular a órbita de planetas individuais, bem como entidades como cometas, usando as regras matemáticas estabelecidas por Kepler, Newton, Einstein e as que se seguiram, e também podem usar equações para rastrear o grau de mudança ao longo do tempo. Esta informação é útil para várias aplicações, desde a programação de telescópios para observação até a determinação do grau de ameaça representada por um cometa ou asteróide que se aproxima.

Mudanças ao longo do tempo

É importante que as pessoas se lembrem de que muitas descrições de órbitas planetárias são simplistas para facilitar a compreensão e muitas colocam o sol como um corpo fixo no espaço em que os planetas se movem. De fato, o sol está em movimento junto com os planetas e, à medida que se movem pelo espaço, a forma precisa das órbitas também muda.

Isso deve ser lembrado quando se olha para as discussões sobre a maneira como os planetas orbitam em torno do sol, pois todo o sistema orbital está realmente se movendo.

 

Uma órbita elíptica pode levar o mesmo tempo que uma órbita circular

Fonte: galileo.phys.virginia.edu/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/www.cso.caltech.edu/www.wisegeek.org/www.everythingrf.com/sciencing.com/www.windows2universe.org/www.usna.edu