FísicaFácil1 pts

Campo y potencial gravitatorio

Castilla y León · 2020 · Julio
Enunciado
Razone si es verdadera o falsa la siguiente afirmación: «Para dos planetas de igual masa, pero diferente densidad media, la velocidad de escape desde la superficie es mayor para el planeta que tiene la menor densidad media».
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Resultado
Falsa: a igual masa, ve=2GM/Rv_e = \sqrt{2GM/R} es mayor en el planeta más denso (menor radio); ve∝ρ1/6v_e\propto\rho^{1/6}.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Se deduce la velocidad de escape con la conservación de la energía: depende de la masa y del radio del planeta. A igual masa, la densidad solo cambia el radio: el planeta menos denso es más grande. Basta con ver cómo depende vev_e del radio (o de la densidad).
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Desarrollo

Falsa. Con igual masa, el planeta menos denso tiene la velocidad de escape menor, no mayor.

La velocidad de escape es la mínima que hay que comunicar a un cuerpo en la superficie para que llegue al infinito con velocidad nula. Por conservación de la energía mecánica (con Ep=0E_p = 0 en el infinito):12mve2−GMmR=0⟹ve=2GMR\frac{1}{2}m v_e^2 - \frac{G M m}{R} = 0\quad\Longrightarrow\quad v_e = \sqrt{\frac{2GM}{R}}Con MM fija, vev_e es inversamente proporcional a R\sqrt R. La densidad media es ρ=M/V=3M4πR3\rho = M/V = \dfrac{3M}{4\pi R^3}, de donde:R=(3M4πρ)1/3R = \left(\frac{3M}{4\pi\rho}\right)^{1/3}A igual masa, menor densidad significa mayor radio: la misma masa ocupa más volumen. Sustituyendo:ve=2GM(4πρ3M)1/3 ∝ ρ1/6v_e = \sqrt{2GM\left(\frac{4\pi\rho}{3M}\right)^{1/3}}\ \propto\ \rho^{1/6}La velocidad de escape crece con la densidad. El planeta menos denso tiene la superficie más lejos del centro, el campo y el potencial allí son menores en valor absoluto (∣V∣=GM/R|V| = GM/R) y hace falta menos energía para escapar.
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Consejo

En un «verdadero o falso» de planetas, escribe la magnitud en función de MM y RR y luego traduce la condición del enunciado (igual masa, distinta densidad) a una relación entre radios. Así la conclusión sale sola y queda justificada.
Paso 1 de 3
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