Fundamentos de Física
Como isto se relaciona à segunda lei de Kepler?
O produto vetorial dos vetores e , representado pelo símbolo , é definido de modo que o resultado seja o vetor :
com módulo:
Pela figura podemos ver que . Desse modo, a área do paralelogramo formado pelos dois lados paralelos de comprimento A e pelos dois lados paralelos de comprimento B é dada pelo produto ou . Em outras palavras, o módulo do produto vetorial dos vetores e é igual à área do paralelogramo definido por esses mesmos vetores e .
A segunda lei de Kepler, chamada lei das áreas, afirma que, num referencial fixo no Sol, a reta que une o planeta ao Sol varre áreas iguais em tempos iguais.
Na figura abaixo, que representa a órbita de um planeta ao redor do Sol, considerando o mesmo intervalo de tempo , as áreas e são iguais.
Nesta figura, o tamanho do Sol está exagerado relativamente às dimensões da órbita e também a excentricidade da órbita está exagerada por questões didáticas.
A área é igual a metade da área do paralelogramo definido pelos vetores e . Pelo que estabelecemos acima sobre a relação entre a área de um paralelogramo e o produto vetorial dos dois vetores que o definem, podemos escrever:
||
em que as barras verticais indicam o módulo do vetor resultante. De modo análogo, temos:
||
Igualando as áreas e dividindo os dois lados da igualdade resultante por , vem:
|| ||
Agora, multiplicando os dois lados dessa igualdade por , a massa do planeta, e reconhecendo que o cociente / é igual a velocidade do planeta no deslocamento e que o cociente / é igual a velocidade do planeta no deslocamento , obtemos:
|| ||
Para uma partícula de massa e velocidade , definimos o momentum angular em relação a um dado ponto por:
Desse modo, a expressão mais acima indica que os momenta angulares do planeta em relação a um ponto no centro do Sol, nos deslocamentos orbitais considerados, são iguais. E como esses deslocamentos são arbitrários, podemos concluir que o momentum angular do planeta é o mesmo em todos os pontos da sua órbita.
Portanto, a segunda lei de Kepler expressa o princípio de conservação do momentum angular no caso particular das órbitas planetárias.
Volte para Princípio de Conservação do Momentum Angular.
Site do Grupo de Ensino de Física da Universidade Federal de Santa Maria (GEF-UFSM)