FísicaFácil1 pts

Campo y potencial gravitatorio

Castilla y León · 2021 · Julio
Enunciado
Calcule la densidad media de un planeta esférico de 6000 km6000\ \text{km} de diámetro si la aceleración de la gravedad en su superficie es 4 m s−24\ \text{m}\,\text{s}^{-2}.

Datos (de la tabla de constantes del examen): G=6,67⋅10−11 N m2 kg−2G = 6{,}67\cdot 10^{-11}\ \text{N}\,\text{m}^2\,\text{kg}^{-2}.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  ρ=4,77⋅103 kg/m3  \boxed{\;\rho = 4{,}77\cdot 10^{3}\ \text{kg}/\text{m}^3\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

La gravedad en la superficie, g0=GM/R2g_0 = GM/R^2, permite despejar la masa del planeta. La densidad media es esa masa dividida entre el volumen de la esfera. Ojo: el dato es el diámetro, así que el radio es la mitad.
2

Desarrollo

Radio del planeta en unidades del SI:R=6000 km2=3000 km=3,00⋅106 mR = \frac{6000\ \text{km}}{2} = 3000\ \text{km} = 3{,}00\cdot 10^{6}\ \text{m}En la superficie, el peso de un cuerpo es la fuerza gravitatoria del planeta:g0=G MR2⟹M=g0 R2G=4⋅(3,00⋅106)26,67⋅10−11=5,40⋅1023 kgg_0 = \frac{G\,M}{R^2}\quad\Longrightarrow\quad M = \frac{g_0\,R^2}{G} = \frac{4\cdot \left(3{,}00\cdot 10^{6}\right)^2}{6{,}67\cdot 10^{-11}} = 5{,}40\cdot 10^{23}\ \text{kg}Volumen del planeta, supuesto esférico:V=43 πR3=43 π(3,00⋅106)3=1,13⋅1020 m3V = \frac{4}{3}\,\pi R^3 = \frac{4}{3}\,\pi\left(3{,}00\cdot 10^{6}\right)^3 = 1{,}13\cdot 10^{20}\ \text{m}^3Densidad media:ρ=MV=5,397⋅10231,131⋅1020=4,77⋅103 kg/m3\rho = \frac{M}{V} = \frac{5{,}397\cdot 10^{23}}{1{,}131\cdot 10^{20}} = 4{,}77\cdot 10^{3}\ \text{kg}/\text{m}^3También se puede obtener de una vez, sustituyendo M=ρ 43πR3M = \rho\,\tfrac{4}{3}\pi R^3 en g0g_0:g0=43 π G ρ R⟹ρ=3 g04π G R=3⋅44π⋅6,67⋅10−11⋅3,00⋅106=4,77⋅103 kg/m3g_0 = \frac{4}{3}\,\pi\,G\,\rho\,R\quad\Longrightarrow\quad \rho = \frac{3\,g_0}{4\pi\,G\,R} = \frac{3\cdot 4}{4\pi\cdot 6{,}67\cdot 10^{-11}\cdot 3{,}00\cdot 10^{6}} = 4{,}77\cdot 10^{3}\ \text{kg}/\text{m}^3Es un valor razonable para un planeta rocoso, algo menor que la densidad media de la Tierra (unos 5,5⋅103 kg/m35{,}5\cdot 10^{3}\ \text{kg}/\text{m}^3).
3

Consejo

Lee con cuidado si te dan el radio o el diámetro: con el diámetro la densidad saldría a la mitad y la masa cuatro veces mayor. Y pasa los kilómetros a metros antes de sustituir.

La fórmula ρ=3g0/(4πGR)\rho = 3g_0/(4\pi G R) ahorra pasos y evita arrastrar errores de redondeo.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Campo gravitatorio →