ENERGIA E ASTRONOMIA
3ª SÉRIE
Conexão trilha x futuro (V):
A ENERGIA PARA OS TELESCÓPIOS, SATÉLITES, �SONDAS E NAVES ESPACIAIS
AULA 83
Reconhecer as formas de energia que permitem funcionar diversos equipamentos no espaço e o contexto de aplicação da lei de conservação para massa-energia proposta por Einstein.
OBJETIVO DA AULA
ATENÇÃO!
AJUSTE O VOLUME
Alguns slides possuem áudio!
d15 - Relacionar a implausibilidade atual de se habitar outro corpo celeste à necessidade de adoção de práticas sustentáveis.
No 3º trimestre, você precisa:
Reconhecer os avanços tecnológicos decorrentes das pesquisas em Astronomia e seus impactos na nossa vida e na pesquisa sobre as condições de existência de vida fora da Terra.
Para tanto, em momentos desta aula, serão estudados conceitos relacionados a:
PARA INÍCIO DE CONVERSA
1 min
De onde provém a energia que faz tudo funcionar no espaço?
Qual lei física melhor explica de onde vem tanta energia para o Sol brilhar? E para uma bomba atômica explodir? Existe relação?
Semana Que Vem
Pitty - Admirável Chip Novo
Não deixe o tempo passar!
Não deixe nada para depois, converse com seus colegas e professor(a) sobre as questões a seguir:
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A exploração espacial e o avanço da astronomia estão intrinsecamente ligados à energia.
ENERGIA E ASTRONOMIA: UMA RELAÇÃO ESSENCIAL
Telescópio James Webb: o maior telescópio óptico no espaço, consegue visualizar objetos muito distantes, além do sistema solar.
evgeniy / stock.adobe.com
Estação Espacial Internacional (ISS): é um laboratório espacial utilizado para estudar temas como fisiologia humana, radiação, engenharia, biologia, física e agregar conhecimento para futuras missões de exploração do espaço.
Desde os telescópios que capturam a luz das estrelas, as estações espaciais internacionais e até as sondas que coletam dados em locais distantes, a energia é o motor que impulsiona todas essas façanhas.
Imagem: NASA/Reprodução
Sonda SLIM: enviada pelo Japão à Lua. Sua missão é fazer análise espectral de rochas para compreender a origem do nosso satélite.
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A energia que os foguetes demandam é obtida através do uso de um combustível propelente, (hidrogênio líquido, oxigênio líquido, hidrazina e outros).
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A ENERGIA PARA LANÇAMENTOS DE FOGUETES
Esse combustível, quando aquecido, se transforma em um gás de alta pressão e temperatura (por isso, vemos aquele “fogaréu” todo sair da “cauda” dos foguetes na decolagem).
Entre as substâncias mais tóxicas do combustível está a hidrazina e sua manipulação requer utilizar roupas de proteção e tanques de oxigênio, tornando o processo de abastecimento demorado e perigoso.
Por isso, atualmente a NASA vem testando opções menos poluentes, composto por um líquido não tóxico e que poderá ser utilizado futuramente em missões espaciais, através da Green Propellant Infusion Mission (GPIM) ou Missão de Infusão de Propulsante Verde.
A ENERGIA PARA LANÇAMENTOS DE FOGUETES
Lançamento SpaceX Falcon Heavy.
Esta foi a primeira vez em 50 anos que a Nasa utilizou um combustível de alta desempenho e até agora ele tem mostrado resultados satisfatórios e promissores.
A primeira vez que este combustível foi utilizado ocorreu em junho de 2019, no foguete SpaceX Falcon Heavy.
A energia que alimenta os diversos dispositivos e missões espaciais provém de uma variedade de fontes.
DE ONDE VÊM A ENERGIA DOS TELESCÓPIOS?
Os telescópios, por exemplo, utilizam eletricidade gerada por geradores ou baterias, que convertem outras formas de energia, como combustíveis fósseis ou reações químicas, em eletricidade.
O primeiro telescópio espacial, o Hubble, lançado em 1990, é alimentado por energia solar, com sistema de captação de energia de célula-combustível para realizar manobras.
DE ONDE VÊM A ENERGIA DOS SATÉLITES?
Os satélites em órbita são alimentados por painéis solares que convertem a luz do sol em energia elétrica.
Satélites usam placas solares para obtenção de energia elétrica.
As sondas e robôs exploradores, usam geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) que convertem a energia térmica de materiais radioativos em eletricidade.
Esse é um tipo de energia indicado para viagens mais longas. A energia elétrica da Voyager 1 é obtida pela conversão do calor liberado durante o decaimento radioativo do isótopo Plutônio-238. Ela foi lançada para investigar Júpiter e Saturno, e já soma quase 47 anos em operação recebendo e transmitindo dados para a Terra.
DE ONDE VÊM A ENERGIA PARA AS SONDAS?
Sonda Voyager 1, lançada pela NASA em setembro de 1977.
Imagem: NASA/Reprodução
Na explosão de uma estrela ou bomba,
De onde vem tanta energia?
As respostas para essas perguntas nos levam para 1905, quando, Albert Einstein, com a Teoria da Relatividade, propôs a lei da conservação para massa-energia. A equação da energia relativística mostra que a máxima energia que um corpo pode possuir é obtida pela multiplicação da massa pela velocidade da luz ao quadrado.
A DINÂMICA DAS ALTAS VELOCIDADES
Saiba mais…
Por essa famosa equação entendemos que uma quantidade mínima de massa pode produzir imensidades de energia. Por exemplo, o Sol, produz energia via fusão de Hidrogênio (H) em Hélio (He), com uma potência equivalente de 3,8∙ 1026 W (Watts).
EQUIVALÊNCIA MASSA-ENERGIA (E = m ∙ c2)
Quando 1 kg de H (Hidrogênio) entra em fusão, são produzidos 993 g de He (Hélio), ou seja, cerca de 0,68% da massa de H que entra em fusão é convertida em energia. Assim, a cada segundo, o Sol perde cerca de 4,3 milhões de toneladas de H (devidamente convertidas em energia).
Infelizmente, esse conceito de equivalência entre massa e energia também foi utilizado no desenvolvimento da bomba atômica por possibilitar o cálculo da energia que pode ser liberada em uma reação nuclear.
EQUIVALÊNCIA MASSA-ENERGIA (E = m ∙ c2)
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Não. A lei da conservação para massa-energia é aplicada nas reações nucleares, nas quais as transformações de massa em energia podem ser detectadas com mais facilidade, pois as velocidades das partículas são próximas à da luz. Para situações do cotidiano, cujas velocidades são baixas comparadas à da luz, a equivalência entre massa e energia é imperceptível. Por isso, os resultados e previsões obtidas com as leis da conservação da energia continuam válidas.
PRATICANDO
Você tem três minutos para responder em seu caderno:
A Lei de conservação para a massa-energia invalida ou substitui o Princípio de Conservação de energia? Justifique sua resposta.
3 min
A energia que alimenta os diversos dispositivos e missões espaciais provém de uma variedade de fontes, especialmente, energia solar.
Tanto a energia liberada nas reações nucleares que ocorrem na bomba atômica, quanto no interior do Sol é melhor explicada pela lei da conservação para massa-energia.
De volta ao começo!
Agora é hora de retomar as questões que discutimos no início desta aula!
Responda em seu caderno:
De onde provém a energia que faz tudo funcionar no espaço?
Qual lei física melhor explica de onde vem tanta energia para o Sol brilhar? E para uma bomba atômica explodir? Existe relação?
5 min
Semana Que Vem
Pitty - Admirável Chip Novo
O QUE VIMOS?
Nesta aula, vimos as formas de energia que permitem funcionar diversos equipamentos no espaço e o contexto de aplicação da lei de conservação para massa-energia proposta por Einstein.
Professor(a), caso tenha alguma sugestão ou elogio para esta aula, acesse: https://forms.gle/ZuC8G4UPYMEdztJy5
FÍSICA &
BOMBA ATÔMICA
OPPENHEIMER(2023)
O físico J. Robert Oppenheimer trabalha com uma equipe de cientistas durante o Projeto Manhattan, levando ao desenvolvimento da bomba atômica.
PARA
EINSTEIN E A BOMBA (2024)
O documentário tem como foco acompanhar a vida de Albert Einstein fora da Alemanha durante a Segunda Guerra.
Ônibus espaciais,
REFERÊNCIAS
POSSA, Julia. De onde vem a energia que lança foguetes ao espaço? Disponível em: https://gizmodo.uol.com.br/de-onde-vem-a-energia-que-lanca-foguetes-ao-espaco/ Acesso em: 30 jul. 2024.
LANG, Fernando. Massa do Sol e equivalência massa-energia. Pegunte ao CREF. Disponível em: https://cref.if.ufrgs.br/?contact-pergunta=massa-do-sol-e-equivalencia-massa-energia - Acesso em: 1 ago. 2024
Veículo usado durante 30 anos como lançador de satélites, nave para suas missões tripuladas de reparos de aparelhos em órbita no espaço e reabastecimento da Estação Espacial Internacional.
ÔNIBUS ESPACIAIS
NASA Domínio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=222979
O ônibus espacial Discovery preparado para o seu lançamento na missão STS-114.
Ao todo, foram construídos sete modelos de ônibus espaciais, sendo seis da NASA e um da Rússia. Desses, 6 saíram da atmosfera da Terra.
ÔNIBUS ESPACIAIS: FIM DA LINHA
O último acidente, ocorrido com ônibus espacial Colúmbia e o fato da NASA ter gasto cerca de 10,6 bilhões de dólares em ônibus espaciais e instalações relacionadas, levaram agência americana decretar o fim do programa.
Mais de 800 astronautas viajaram em ônibus espaciais, mas infelizmente, 14 astronautas faleceram durante dois trágicos acidentes em 1986 e 2003.
Ônibus Espacial Colúmbia — Vídeo do Desastre que vitimou sete astronautas.