Módulo 5 de 10 · ~35 min

    Gravitação Universal

    A mesma força que faz uma maçã cair mantém a Lua orbitando a Terra e a Terra orbitando o Sol. Neste módulo você entende a gravitação universal e as Leis de Kepler.

    Lei da Gravitação Universal

    Publicada por Isaac Newton em 1687, a Lei da Gravitação Universal afirma que dois corpos se atraem com uma força proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles:

    F = G · (M · m) / d²

    • F: força gravitacional (N).
    • G: constante gravitacional universal ≈ 6,67 × 10⁻¹¹ N·m²/kg².
    • M e m: massas dos corpos (kg).
    • d: distância entre os centros de massa (m).

    A força é sempre atractiva e age em par: se a Terra puxa você, você puxa a Terra com a mesma intensidade (mas a aceleração da Terra é imperceptível devido à sua massa enorme).

    Campo gravitacional e aceleração da gravidade

    Dividindo a força gravitacional pela massa do corpo de teste, obtemos o campo gravitacional g — também chamado de aceleração da gravidade na superfície:

    g = G · M / r²

    Na superfície da Terra, g ≈ 9,8 m/s². À medida que nos afastamos, g diminui com o quadrado da distância ao centro do astro. A altitude importa: a 2 raios terrestres do centro, g cai para cerca de 2,45 m/s².

    Leis de Kepler

    Antes de Newton, Johannes Kepler descreveu o movimento dos planetas a partir dos dados de Tycho Brahe. Suas três leis são:

    1ª Lei — Órbitas elípticas

    Os planetas descrevem órbitas elípticas, e o Sol ocupa um dos focos da elipse.

    2ª Lei — Áreas iguais em tempos iguais

    A linha que liga o planeta ao Sol varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais. Resultado: o planeta acelera quando está mais perto do Sol.

    3ª Lei — Lei dos períodos

    O quadrado do período orbital (T) é proporcional ao cubo do raio médio da órbita (R): T²/R³ = constante. Para o Sistema Solar, com T em anos terrestres e R em unidades astronômicas (UA), essa constante vale aproximadamente 1.

    Órbitas e satélites

    Um satélite em órbita circular estável é um projétil em queda livre contínua. A força gravitacional é a resultada centrípeta:

    F_grav = F_cp → G·M·m/r² = m·v²/r

    v = √(G·M/r)

    Quanto maior a órbita, menor a velocidade orbital e maior o período. É por isso que satélites geoestacionários (período de 24 h) orbitam muito mais alto que a Estação Espacial Internacional.

    Massa, peso e gravidade aparente

    É comum confundir massa e peso. A massa é uma propriedade do corpo; o peso é a força gravitacional local:

    P = m · g

    Na Lua, g é cerca de 1,6 m/s², então um objeto pesa cerca de 1/6 do que pesa na Terra — mas sua massa permanece a mesma.

    Dica ENEM: em questões de gravitação, identifique primeiro o que é dado (massas, distâncias, período, raio) e escolha a fórmula certa. Se o enunciado menciona planetas e períodos, pense na 3ª Lei de Kepler. Se fala em força entre corpos, use F = G·M·m/d².

    Exercícios resolvidos

    Cinco exercícios comentados passo a passo.

    Exercício 1. Dois corpos de 100 kg e 400 kg estão a 2 m um do outro. Qual a força gravitacional entre eles? (G = 6,7 × 10⁻¹¹ N·m²/kg²)

    1. Lei da gravitação: F = G · (M · m) / d².
    2. F = 6,7 × 10⁻¹¹ × (100 × 400) / 2².
    3. F = 6,7 × 10⁻¹¹ × 40.000 / 4 = 6,7 × 10⁻¹¹ × 10.000.

    Resposta: F = 6,7 × 10⁻⁷ N — uma força extremamente pequena, típica da gravidade entre corpos do dia a dia

    Exercício 2. A aceleração da gravidade na superfície da Terra é aproximadamente 9,8 m/s². A que altura acima da superfície ela cai para 2,45 m/s²? (R_Terra ≈ 6.400 km)

    1. A gravidade varia com o inverso do quadrado da distância ao centro: g = G·M / r².
    2. g_superfície / g_altura = (r_altura / R)² → 9,8 / 2,45 = 4 = (r_altura / R)².
    3. r_altura = 2 · R.
    4. Altura h = r_altura − R = 2R − R = R ≈ 6.400 km.

    Resposta: h ≈ 6.400 km acima da superfície (ou seja, a uma distância do centro igual a 2 raios terrestres)

    Exercício 3. Um satélite orbita a Terra a uma altura igual ao raio terrestre (R = 6.400 km). Qual a aceleração gravitacional nessa órbita? (g_superfície = 9,8 m/s²)

    1. Distância ao centro: r = R + h = R + R = 2R.
    2. g_orbital = g_superfície · (R / r)² = 9,8 · (R / 2R)².
    3. g_orbital = 9,8 · 1/4.

    Resposta: g_orbital = 2,45 m/s²

    Exercício 4. Um planeta orbita sua estrela com período de 8 anos terrestres, a uma distância média de 4 UA. Verifique a 3ª Lei de Kepler.

    1. 3ª Lei de Kepler: T² = k · R³ (T em anos e R em UA, k = 1 para o Sistema Solar).
    2. T² = 8² = 64.
    3. R³ = 4³ = 64.

    Resposta: T² = R³ (64 = 64), confirmando a 3ª Lei de Kepler para esse planeta

    Exercício 5. Um astronauta tem massa de 80 kg. Qual seu peso na Terra (g = 10 m/s²) e em um planeta onde g = 4 m/s²?

    1. Peso: P = m · g. A massa não muda; o peso depende da gravidade local.
    2. Na Terra: P = 80 × 10 = 800 N.
    3. No planeta: P = 80 × 4 = 320 N.

    Resposta: Na Terra: 800 N; no planeta: 320 N

    Exercícios para praticar

    Tente resolver antes de revelar a resposta.

    1. Por que a Lua não cai na Terra, apesar da força gravitacional?

    2. A força gravitacional entre dois corpos dobra se a distância entre eles for reduzida à metade?

    3. Qual a unidade da constante gravitacional G?

    4. O que a 1ª Lei de Kepler afirma sobre as órbitas planetárias?

    5. O que a 2ª Lei de Kepler diz sobre a velocidade de um planeta?

    6. Se um satélite está em órbita circular estável, qual força atua como resultada centrípeta?

    7. A gravidade na superfície de um planeta é 16 m/s² e seu raio é 8.000 km. Qual seria a gravidade a 8.000 km de altitude?

    8. Por que astronautas em órbita parecem flutuar?

    Perguntas frequentes

    O que diz a Lei da Gravitação Universal de Newton?

    Dois corpos quaisquer se atraem com uma força diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre seus centros: F = G·M·m/d².

    Qual a diferença entre massa e peso?

    Massa é a quantidade de matéria do corpo (medida em kg) e não muda de lugar para lugar. Peso é a força gravitacional sobre esse corpo (P = m·g, em newtons) e depende da gravidade local.

    O que são as Leis de Kepler?

    São três leis empíricas que descrevem o movimento dos planetas: 1) órbitas elípticas com o Sol num foco; 2) a linha planeta-Sol varre áreas iguais em tempos iguais; 3) T²/R³ é constante para todos os planetas do sistema.

    Por que satélites não precisam de motor para manter a órbita?

    Em uma órbita circular estável, a força gravitacional fornece exatamente a aceleração centrípeta necessária. No vácuo, não há resistência do ar para desacelerar o satélite, então ele continua em movimento.

    A gravidade é zero no espaço?

    Não. A gravidade diminui com a distância, mas nunca chega a zero. O que os astronautas sentem é ausência de peso (queda livre), não ausência de gravidade.

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    Sobre este conteúdo

    Última atualização: Setembro de 2026 · Responsável editorial: Felipe da Silva Lopes · Papel editorial no cluster: módulo da Trilha de Física Intermediária — gravitação universal, Leis de Kepler, órbitas e satélites.

    Metodologia: Conteúdo estruturado a partir da BNCC (área de Ciências da Natureza), da matriz de referência do ENEM e da bibliografia clássica de Física do ensino médio. Conteúdo revisado conforme política editorial.

    Fontes técnicas: INEP (matriz do ENEM); Ramalho, Nicolau & Toledo — Os Fundamentos da Física; Halliday, Resnick & Walker — Fundamentos de Física; NASA — dados orbitais para exemplos.