FísicaDifícil2 pts

Campo y potencial gravitatorio

Extremadura · 2022 · Junio
Enunciado
Diga si la siguiente frase es CIERTA o FALSA y razone la respuesta: “Si en un punto de un campo gravitatorio creado por varias masas el potencial no es nulo entonces nunca será nula la intensidad de campo”. (Calificación, 2 puntos).
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Resultado
Falsa. El potencial es una suma de escalares negativos y nunca se anula; el campo es una suma de vectores que sí se puede anular. En el punto medio entre dos masas iguales, g⃗=0⃗\vec g = \vec 0 y V=−4Gm/d≠0V = -4Gm/d \neq 0.
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Estrategia

La clave es que el potencial es un escalar y el campo un vector. Con varias masas, los potenciales se suman como números (todos negativos, nunca se cancelan) y los campos se suman como vectores (pueden cancelarse). Basta un contraejemplo: el punto medio entre dos masas iguales.
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Desarrollo

La frase es FALSA.

Tomando el origen de potencial en el infinito, el potencial que crea cada masa es siempre negativo:Vi=−G miri<0V_i = -G\,\frac{m_i}{r_i} < 0Con varias masas, el potencial total es la suma (escalar) de todos ellos. Al ser todos negativos, nunca se anulan: el potencial gravitatorio en un punto a distancia finita de las masas no es nulo nunca. Si la frase fuera cierta, el campo gravitatorio no se anularía en ningún punto, y eso no es así.

Contraejemplo. Dos masas iguales mm separadas una distancia dd. En el punto medio, cada una está a d/2d/2:
  • Los campos tienen el mismo módulo, g=Gm(d/2)2g = \dfrac{G m}{(d/2)^2}, y sentidos opuestos (cada uno apunta hacia su masa). Su suma vectorial es cero:
g⃗=g⃗1+g⃗2=0⃗\vec g = \vec g_1 + \vec g_2 = \vec 0
  • Los potenciales se suman como números, ambos negativos:
V=−Gmd/2−Gmd/2=−4 Gmd≠0V = -\frac{G m}{d/2} - \frac{G m}{d/2} = -\frac{4\,G m}{d} \neq 0Hay, pues, un punto con potencial distinto de cero y campo nulo.

La razón de fondo es que el campo está relacionado con cómo varía el potencial de un punto a otro (g⃗=−∇V\vec g = -\nabla V), no con su valor. En el punto medio el potencial tiene un extremo a lo largo de la recta que une las masas: no cambia al moverse un poco, y por eso el campo es cero aunque VV no lo sea.
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Consejo

En las preguntas de cierto o falso, un contraejemplo concreto y bien dibujado vale más que cualquier argumento general. Las dos masas iguales son el contraejemplo de manual.

Recuerda: el campo depende de cómo cambia el potencial, no de cuánto vale. Un potencial nulo no implica campo nulo, ni al revés.
Paso 1 de 3
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