NO ME SALEN
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
(Leyes de Newton)
 

¡no me salen!

NMS 4.21* - Dos satélites A y B de masas MA = 2MB orbitan alrededor de su planetande masa muchísimo mayor que ellos. Sus rarios orbitales cumplen RB = 2RA respectivamente. Si llamamos FA y FB al módulo de la fuerza gravitatoria que el planeta ejerce sobre cada uno de los satélites y vA y vB los módulos de sus velocidades tangenciales, aA y aB a sus aceleraciones centrípetas y TA y TB sus períodos de rotación, ¿Cuál de las afirmaciones es correcta?

a) vB = 8vA ; FB = FA/2      b) TB = TA ; FB = FA/8   

c) aB = aA ; FB = FA/4        d) aB = aA/4 ; FB = FA/8   

d) TB = 2TA ; FB = FA/6        e) TB = TA/2 ; FB = FA/2

Ufa, estos ejercicios ya me tienen podrido... Empecemos comparando fuerzas gravitatorias. Para cada satélite se cumplirá que:

FA = G MP MA / RA²

FB = G MP MB / RB²

Donde G es la constante de gravitación universal y MP es la masa del planeta. Si en la segunda reemplazamos la relación de masas y radios (MA = 2MB y RB = 2RA).

FB = G MP ½MA / (2RA

FB =  ⅛ G MP MA / RA²

FB =  FA/8 

Con eso ya Podés descartarlas opciones a), c), d) y e).

Veamos qué pasa con las aceleraciones. Para eso no tenés que olvidar que para los satélites, como para cualquier cuerpo se cumple la segunda ley de Newton o sea: F = m . a (donde F es la única fuerza que actúa sobre el satélite). Entonces:

MA . aA = G MP MA / RA²

MB . aB = G MP MB / RB²

Las masas de los satélites se cancelan.

aA= G MP / RA²

aB = G MP / RB²

Y reemplazamos en la segunda las relaciónes del enunciado (MA = 2MB y RB = 2RA).

aB = G MP / (2RA)²

aB = G MP / 4 RA²

aB = aA / 4

Con lo que llegaste a la única correcta:

   
  aB = aA/4 ; FB = FA/8 respuesta d)
   

Claro, vos dirás que lo hice en un soplido porque ya sabía la respuesta correcta... y tenés razón. Si arrancaras por cualquier otro lugar, tenés que operar de la misma manera. Por ejemplo, veamos qué pasa con las velocidades. Acordate que la aceleración centrípeta es igual a v²/R. Entonces:

vA²/RA = G MP / RA²

vB²/RB= G MP / RB²

Los radios aparecen siempre en los denominadores, de modo que al menos uno de ellos podés cancelarlo:

vA² = G MP / RA

vB² = G MP / RB

Ahora reemplazás en la segunda por la relación RB = 2RA

vB² = G MP / 2RA

vB² = vA²/2

O lo que es lo mismo:

vB = 0,707 vA

E invalidaste la a) Vamos con los períodos. Acordate que la aceleración centrípeta es igual a a = 4π² R / T². Entonces:

4π² RA / TA² = G MP / RA²

4π² RB / TB² = G MP / RB²

Mejor escribámoslo así (como le gustaría a Kepler).

TA² = (4π²/G MP ) RA³

TB² = (4π²/G MP ) RB³

Ahora reemplazás en la segunda por la relación RB = 2RA

TB² = (4π²/G MP ) (2RA)³

TB² = (4π²/G MP ) 8 RA³

TB² = 8 TA²

(Hacé vos los numeritos). Con lo que invalidás todas las que faltaban.

   
*Este ejercicio formó parte del final de Física tomado el 28 de julio de 2017.
Para ver el examen completo haga click acá.
   
     
   
DESAFIO:  
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