NO ME SALEN
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
(Gravitación)

 

¡no me salen!

NMS 4.16* - Para un satélite artificial que gira en una órbita terrestre a una dada altura medida desde el centro de la Tierra, y mucho mayor que al radio de la Tierra, resulta que (go es la aceleración de la gravedad en la superficie).

a) Si se lo quiere colocar a 4 veces la altura inicial, la aceleración será go /16.
b) Si se lo quiere colocar a 4 veces la altura inicial, la velocidad tangencial debe reducirse a la mitad.
c) Si se lo quiere colocar a 4 veces la altura inicial, la velocidad tangencial debe aumentarse al doble.
d) Si se lo quiere colocar al doble de altura, tendrá el triple de período.
e) Si se lo quiere colocar al doble de altura, su aceleración deberá ser la mitad.
f) Si se lo quiere colocar al doble de altura, tendrá el doble de período.

* Este ejercicio formó parte del examen libre de Física del CBC tomado el 13 de diciembre de 2013. Para ver el tema de examen completo hacer click acá.

No entiendo por qué no preguntan todo lo que quieran en una sola transformación (que llevan el satélite a una órbita nueva cuyo radio es cuatro veces el anterior)... si total es lo mismo, hay que hacer exactamente los mismos pasos para responder... Bueno, así es la vida... paciencia. Mirá el esquema:

Llamé O a la situación inicial y 1 a la posterior, consiste en haber llevado el satélite a una nueva órbita (más alejada que la inicial). En las tres primeras opciones es

R1 = 4 R0

Y en las 3 últimas opciones, en cambio, la llamaré 2...

R2 = 2 R0

   

Empecemos con la fuerzas gravitatorias, que es la única que obra sobre el satélite, esté donde esté. pero no valdrá lo mismo si el satélite anda cerquita o si anda lejos.

F0 = G M m /R0²

F1 = G M m /R1²

Donde M es la masa de la Tierra, m es la masa del satélite, G es la constante universal. En la segunda reemplazo las relaciones de tamaño (R1 = 4 R0):

F1 = G M m /(4 R0

F1 = G M m /16 R0²  

F1 = F0 /16

O sea, si la nueva órbita está 4 veces más alejada que la primera, la fuerza que tiene atado al satélite será 16 veces menor.

La opción a) nos habla de aceleración, apliquemos la 2da ley de newton:

F0 = m ac0

F1 = m ac1

En la segunda reemplazo la relación de fuerza (F1 = F0 /16):

F0 /16 = m ac1

m ac0 /16 = m ac1

ac0 /16 = ac1         

Eso nos dice que la aceleración en la órbita alejada es la 16ava. parte de la aceleración en la órbita cercana. Pero ojo, esa aceleración no vale g0. La aceleración con la que caen los cuerpos acá en la superficie terrestre vale:

g0 = G M / RT²

Y los radios de órbita de los que habla el enunciado son mucho más grandes que el radio terrestre, RT. O sea que la primera opción es falsa.

La opción b) habla de velocidades tangenciales. Usemos la relación de aceleraciones que acabamos de encontrar:

ac0 /16 = ac1

V0² /16 R0 = V1² / R1

V0² /16 R0 = V1² / 4 R0

V0² / 4 = V1²

V0 / 2 = V1         

Eso me dice que el satélite se moverá allá lejos a una velocidad menor, la mitad, de lo que se movía cerca. Es justamente lo que dice la opción. Ya encontramos la correcta. pero hay que seguir, no tenés excusas.

La opción c) ya fue contestada en la anterior, es falsa, es justamente la contraria.  

La opción d) nos habla de períodos, pero ya habla de una relación de radios diferente; ahora R2 = 2 R0. Si operamos igual que lo hicimos en el arranque vamos a obtener:

F2 = F0 /4

Reemplazo las fuerzas con la 2da ley de Newton, en la que la aceleración centrípeta va a ir expresada en función de los períodos (ac = 4π² R / T²)

m ac2 = m ac0 /4

m 4π² R2 / T2² = m  4π² R0 / 4 T0²

R2 / T2² = R0 / 4 T0²

Reemplazo R2.

2 R0 / T2² = R0 / 4 T0²

8 / T2² = 1 / T0²

De donde la relación entre los períodos valdrá:

T2 = 2,82 T0         

No es lo que dice la opción d)... era falsa.

La opción e) es una papa:

m ac2 = m ac0 /4

ac2 = ac0 /4         

No era la mitad... era la cuarta parte. jiji... Y la opción f) también es falsa, ya fue contestada con la c). Ahora sí:

   
  Si se lo quiere colocar a 4 veces la altura inicial, la velocidad tangencial debe reducirse a la mitad. opción b)
   
     
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