Questão 120 — ENEM 2025 BelémCaderno azul · 2º Dia
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_T)?
Alternativas
Resolução
📋 Ficha da Questão
- 📚 Matérias Necessárias: Física → Mecânica / Movimento circular (satélite geoestacionário + rastreamento solar)
- ⚡ Nível: M — exige perceber que, num geoestacionário, acompanhar o Sol equivale a rotacionar com o mesmo período da Terra.
- 🎯 Tema/Habilidade BNCC: Movimento circular e referenciais — H19/H20 (CN).
- 🏆 Gabarito: [LETRA] — revelado após resolução completa
🔎 Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando
- Comando reformulado: "Qual deve ser a velocidade angular de rotação dos painéis (em relação à plataforma do satélite) para manter-se perpendicular ao Sol, comparada à velocidade angular de rotação da Terra R_T?"
- Palavras-chave decisivas: satélite geoestacionário, perpendicular aos raios solares, velocidade angular constante.
- Armadilha típica: supor 2·R_T ou 0,5·R_T achando que precisa "dobrar" ou "metade"; confundir rotação do satélite em torno da Terra com rotação do painel em torno de si.
- O que a resposta precisa demonstrar: geoestacionário tem mesmo período da Terra; para seguir o Sol, o painel precisa girar com velocidade angular igual à de rotação da Terra.
📚 Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais
- Satélite geoestacionário: período orbital T_sat = 24 h = T_Terra → mesma velocidade angular ω que a Terra (R_T).
- Sol no referencial do satélite geoestacionário: como o satélite está sempre sobre o mesmo ponto da Terra, o Sol "parece" girar ao redor uma volta por dia.
- Manter a placa ⊥ aos raios: o painel precisa girar 360° em 24 h em relação à estrutura do satélite → mesma ω do dia solar (≈ R_T).
- R_T: velocidade angular de rotação da Terra (uma volta por dia).
🧭 Passo 3 — Decodificação do Enunciado
- Evidência 1: "satélite geoestacionário" → período = período de rotação da Terra.
- Evidência 2: "painéis perpendiculares aos raios solares" → painel precisa seguir a direção do Sol.
- Síntese: o Sol muda de posição aparente ao redor da Terra com período de 24 h (um ciclo dia-noite), e o satélite acompanha a rotação da Terra → painel precisa girar com ω = R_T para manter perpendicularidade contínua ao Sol.
🧠 Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)
Subpasso 4.1 — Analisar o referencial No referencial do satélite geoestacionário, a Terra está parada abaixo. Em relação ao satélite, o Sol dá uma volta por dia (pois satélite e Terra giram juntos com período T_Terra).
Subpasso 4.2 — Velocidade angular necessária Para o painel seguir o Sol, ele precisa girar com período T = T_Terra (uma volta em 24 h) → ω = 2π/T_Terra = R_T.
Subpasso 4.3 — Verificação Alternativa C (R_T) é consistente com a condição de acompanhamento contínuo do Sol. Outras opções exigiriam períodos menores/maiores que o dia — incompatíveis com a perpendicularidade permanente aos raios solares.
✅❌ Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas
A) 0,25 R_T ❌ Incorreta: exigiria uma volta a cada 4 dias — perpendicularidade se perderia rapidamente.
B) 0,5 R_T ❌ Incorreta: meia rotação por dia — painel sairia fora de fase com o Sol.
C) R_T ✅ Correta: mesma velocidade angular de rotação da Terra → painel gira 360° em 24 h, mantendo perpendicularidade ao Sol continuamente.
D) 2 R_T ❌ Incorreta: duas voltas por dia — painel giraria rápido demais, perdendo a perpendicularidade.
E) 4 R_T ❌ Incorreta: quatro voltas por dia — ainda mais desfasado em relação ao Sol.
🏆 Gabarito: C — a velocidade angular dos painéis deve ser igual à velocidade angular de rotação da Terra (R_T).
🏁 Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova
- Reafirmação do gabarito: geoestacionário ↔ mesmo período da Terra; Sol dá aparente volta por dia no referencial do satélite → ω_painel = R_T.
- Padrão de cobrança: ENEM testa intuição sobre movimento circular e referenciais em satélites, vistas aparentes e geoestacionários.
- Generalização: em satélites geoestacionários, para apontar permanentemente em direção a um corpo fixo no céu (como Sol), o painel precisa girar com ω = ω_Terra.
- Dica de eliminação rápida: satélite acompanha rotação da Terra → a única resposta "fisicamente invariável" é R_T.
- Conexões com outros temas: órbitas, gravitação, referenciais inerciais e não inerciais, GPS e telecomunicações.