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7.º ano · Ciências Físico-Químicas
Espaço · O Sistema Solar

Escalas no Sistema Solar

A Leonor quer desenhar o Sistema Solar numa folha de papel com $30\ \text{cm}$ de comprimento, com o Sol numa ponta e Neptuno na outra. Parece simples. Mas, quando tenta desenhar o Sol e a Terra com o tamanho certo, percebe que eles quase desaparecem. Porquê? Vais descobrir neste apartado e responder no fim.

O que é uma escala

Um modelo é uma representação simplificada da realidade. Num mapa, numa maqueta ou numa bola que representa o Sol, tudo o que é real aparece reduzido sempre pela mesma razão. Essa razão é a escala.

Porque é que a razão tem de ser a mesma para tudo? Porque só assim o modelo mantém as proporções: se o Sol no modelo é 100 vezes maior do que a Terra no modelo, também na realidade tem de ser 100 vezes maior. Isto é proporcionalidade direta.

Para comparar medidas, convém usar a mesma unidade (por exemplo, tudo em metros ou tudo em centímetros). No Sistema Solar, os números reais são enormes, por isso usa-se a notação científica: $1\ 400\ 000\ \text{km} = 1{,}4\times10^{6}\ \text{km}$.

Calcular tamanhos num modelo

Todos os cálculos com escalas seguem três passos: converter para a mesma unidade, calcular a escala (ou usá-la) e fazer a divisão ou a multiplicação.

Repara na ideia importante: o modelo mantém as proporções, mas a distância Terra–Sol é enorme comparada com o tamanho do Sol e da Terra.

Pratica★★★Por começar
Numa visita de estudo ao planetário, a turma do Salvador ficou a saber que é impossível representar o Sistema Solar à escala numa folha de papel. O professor propôs um…

Numa visita de estudo ao planetário, a turma do Salvador ficou a saber que é impossível representar o Sistema Solar à escala numa folha de papel. O professor propôs um modelo em que o Sol, cujo diâmetro real é de cerca de $1\ 400\ 000\ \text{km}$, é representado por uma bola com $20\ \text{cm}$ de diâmetro.

  1. a) Determina quantas vezes o modelo é mais pequeno do que a realidade (a escala do modelo).
  2. b) Calcula o diâmetro que a Terra, com cerca de $12\ 700\ \text{km}$ de diâmetro, teria neste modelo, e compara o resultado com o tamanho de uma cabeça de alfinete (cerca de $2\ \text{mm}$).
  3. c) Calcula a que distância da «bola-Sol» ficaria a «Terra» do modelo, sabendo que a distância real Terra–Sol é de $150\ 000\ 000\ \text{km}$. Exprime o resultado em metros.
  4. d) Com base nos resultados anteriores, explica por que razão os livros e os cartazes nunca representam o Sistema Solar com tamanhos e distâncias à mesma escala.
Resolver

Modelo das distâncias: 1 ua = 1 m

As distâncias entre planetas são tão grandes que se usa a unidade astronómica (ua). Para fazer um modelo das distâncias, basta escolher: 1 ua representa 1 m.

Assim, a distância de cada planeta ao Sol (em ua) é igual ao seu afastamento no modelo (em metros). É uma proporcionalidade direta com constante $1\ \text{m/ua}$.

Planeta Mercúrio Vénus Terra Marte Júpiter Saturno Úrano Neptuno
Distância ao Sol (ua) 0,4 0,7 1,0 1,5 5,2 9,5 19 30
Distância no modelo (m) 0,4 0,7 1,0 1,5 5,2 9,5 19 30
Posição dos planetas numa linha de 30 metros, com 1 ua representada por 1 metro Sol Mercúrio a Marte (0,4 m a 1,5 m) Júpiter Saturno Úrano Neptuno 0 m 30 m

Para quem monta este modelo no pátio da escola, Neptuno fica a $30\ \text{m}$ do Sol, e os quatro planetas rochosos ficam todos nos primeiros $1{,}5\ \text{m}$.

E o tamanho dos astros, nesta mesma escala? A escala da distância é $1{,}5\times10^{11}\ \text{m} \to 1\ \text{m}$, ou seja, $1{,}5\times10^{11}$. Então:

  • Sol: $\dfrac{1{,}4\times10^{9}\ \text{m}}{1{,}5\times10^{11}} \approx 0{,}009\ \text{m} = 9\ \text{mm}$;

  • Terra: $\dfrac{1{,}27\times10^{7}\ \text{m}}{1{,}5\times10^{11}} \approx 8{,}5\times10^{-5}\ \text{m} \approx 0{,}09\ \text{mm}$, mais pequena do que um grão de pó.

Pratica★★☆Por começar
O esquema seguinte representa o Sistema Solar, sem escala: os pontos sobre a linha correspondem aos oito planetas, por ordem de afastamento ao Sol, e os seus tamanhos…

O esquema seguinte representa o Sistema Solar, sem escala: os pontos sobre a linha correspondem aos oito planetas, por ordem de afastamento ao Sol, e os seus tamanhos sugerem apenas a comparação entre planetas pequenos e planetas grandes.

Sol A B X C D

O quadro seguinte indica as distâncias médias dos planetas ao Sol.

Planeta Mercúrio Vénus Terra Marte Júpiter Saturno Úrano Neptuno
Distância média ao Sol (ua) 0,4 0,7 1,0 1,5 5,2 9,5 19 30
  1. a) Identifica os planetas representados pelas letras A, B, C e D.
  2. b) Os oito pontos do esquema agrupam-se em quatro pequenos seguidos de quatro maiores. Que grupos de planetas estão assim representados? O que distingue a constituição desses dois grupos?
  3. c) Identifica a região X, assinalada a tracejado entre o quarto e o quinto planetas, e descreve o que nela se encontra.
Resolver

Vantagens e limitações dos modelos

Nenhum modelo é perfeito. Convém saber o que ele ensina bem e o que ensina mal.

Vantagens de um modelo à escala:

  • permite «ver» e comparar o que é grande de mais ou longe de mais para a nossa experiência;

  • mostra proporções corretas (se medimos distâncias, as razões entre elas estão certas);

  • pode ser usado para medir, calcular e fazer previsões.

Limitações:

  • não é possível representar tamanhos e distâncias à mesma escala com materiais que caibam numa sala ou numa folha: ou os planetas ficam invisíveis, ou as distâncias não cabem;

  • os esquemas «sem escala» (como os dos manuais) mostram a ordem dos planetas e a diferença entre pequenos e grandes, mas dão uma ideia errada das distâncias, porque desenham os planetas muito juntos;

  • o modelo é estático: não mostra os movimentos (rotação e translação) nem a inclinação dos eixos.

Por isso, quando vês um esquema do Sistema Solar, convém perguntar sempre: «Isto está à escala? Em quê: tamanhos, distâncias ou ambos?»

Em resumo

Voltemos à Leonor: com $30\ \text{cm}$ para as distâncias, 1 ua ocupa $1\ \text{cm}$, e o Sol fica com cerca de $0{,}09\ \text{mm}$, quase invisível. A Terra seria ainda cem vezes mais pequena. Não é falta de jeito: é impossível.

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