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Os satélites artificiais e as sondas para exploração espacial são algumas das grandes realizações humanas desenvolvidas no último século. Para coletar e armazenar informações ao longo de anos, esses equipamentos precisam de energia. Como forma de fornecer energia limpa ao satélite, são acoplados diversos painéis de células solares, que, em fotografias, muitas vezes são confundidos com “asas”.
Um satélite geoestacionário precisa armazenar a energia obtida pelos seus painéis solares em suas baterias. Como forma de otimizar o processo de absorção da energia solar, o ideal é que a superfície dos painéis mantenha-se perpendicular aos raios solares incidentes. Para isso, foi adaptado um sistema que rotaciona os painéis solares com velocidade angular constante. Qual é a velocidade de rotação dos painéis em comparação à velocidade de rotação da Terra (R<sub>T</sub>)?
A 0,25 R<sub>T</sub>
B 0,5 R<sub>T</sub>
C R<sub>T</sub>
D 2 R<sub>T</sub>
E 4 R<sub>T</sub>
Gabarito oficial
C
Caderno de referência do INEP.
O que a questão cobra
Gravitação e movimento circular: propriedade da órbita geoestacionária e composição de rotações.
Resolução passo a passo
- Parta da definição de geoestacionário: o satélite fica sempre sobre o mesmo ponto do equador. Para isso, ele dá uma volta em torno da Terra no mesmo tempo em que a Terra dá uma volta em torno do próprio eixo — um dia.
- Traduza em velocidade angular: mesmo período implica mesma velocidade angular. A do satélite em sua órbita é igual a RT.
- Agora pense no painel. Ao percorrer a órbita, o satélite gira 360° em torno da Terra por dia; a direção dos raios solares, porém, é praticamente fixa. Se o painel ficasse travado na estrutura, ele acompanharia essa volta e perderia o alinhamento.
- Para permanecer sempre perpendicular ao Sol, o painel precisa girar em relação ao satélite compensando exatamente essa volta orbital — uma rotação completa por dia, ou seja, velocidade angular igual à da Terra: RT, alternativa C.
Alternativa por alternativa
- A
0,25 R<sub>T</sub>
Errada. 0,25 RT daria uma volta a cada quatro dias. O painel ficaria fora de esquadro com o Sol na maior parte da órbita.
- B
0,5 R<sub>T</sub>
Errada. 0,5 RT corresponde a meia volta por dia — o painel completaria o ajuste só depois de dois dias de órbita.
- C
R<sub>T</sub>
Correta. Por definição o satélite geoestacionário tem o mesmo período da rotação da Terra, e o painel precisa de exatamente uma rotação por período orbital para se manter perpendicular aos raios solares. Logo, sua velocidade angular é igual a RT.
- D
2 R<sub>T</sub>
Errada. 2 RT faria o painel girar duas vezes por dia, passando duas vezes pela posição correta e ficando desalinhado no restante do percurso.
- E
4 R<sub>T</sub>
Errada. 4 RT é ainda mais rápido: o painel giraria quatro voltas enquanto o satélite dá apenas uma, sem manter a perpendicularidade.