FísicaFácil1 pts

Campo y potencial gravitatorio

Castilla y León · 2024 · Julio
Enunciado
La masa de la Tierra es, aproximadamente, 81 veces la masa de la Luna y la distancia entre sus centros es 3,84⋅105 km3{,}84\cdot 10^{5}\ \text{km}. Calcule la energía potencial de un meteorito de 400 kg400\ \text{kg} situado en el punto medio del segmento que une los centros de la Tierra y la Luna.

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}; MT=5,98⋅1024 kgM_T = 5{,}98\cdot 10^{24}\ \text{kg}.
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Resultado
  Ep=−8,41⋅108 J  \boxed{\;E_p = -8{,}41\cdot 10^{8}\ \text{J}\;}
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

La energía potencial gravitatoria es una magnitud escalar: la del meteorito es la suma de la que tiene respecto a la Tierra y la que tiene respecto a la Luna, cada una Ep=−GMm/rE_p = -G M m / r con el origen de energías en el infinito. En el punto medio las dos distancias valen la mitad de la separación Tierra-Luna.
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Desarrollo

Distancia del punto medio a cada centro:r=3,84⋅108 m2=1,92⋅108 mr = \frac{3{,}84\cdot 10^{8}\ \text{m}}{2} = 1{,}92\cdot 10^{8}\ \text{m}Masa de la Luna: ML=MT/81=7,38⋅1022 kgM_L = M_T/81 = 7{,}38\cdot 10^{22}\ \text{kg}.

Energía potencial debida a la Tierra:Ep,T=−G MT mr=−6,67⋅10−11⋅5,98⋅1024⋅4001,92⋅108=−8,31⋅108 JE_{p,T} = -\frac{G\,M_T\,m}{r} = -\frac{6{,}67\cdot 10^{-11}\cdot 5{,}98\cdot 10^{24}\cdot 400}{1{,}92\cdot 10^{8}} = -8{,}31\cdot 10^{8}\ \text{J}Energía potencial debida a la Luna (misma distancia, masa 81 veces menor):Ep,L=Ep,T81=−1,03⋅107 JE_{p,L} = \frac{E_{p,T}}{81} = -1{,}03\cdot 10^{7}\ \text{J}Energía potencial total:Ep=Ep,T+Ep,L=−G mr(MT+MT81)=−8,41⋅108 JE_p = E_{p,T} + E_{p,L} = -\frac{G\,m}{r}\left(M_T + \frac{M_T}{81}\right) = -8{,}41\cdot 10^{8}\ \text{J}Es negativa porque el meteorito está ligado al sistema Tierra-Luna: habría que darle 8,41⋅108 J8{,}41\cdot 10^{8}\ \text{J} para llevarlo al infinito.
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Consejo

La energía potencial se suma con su signo, sin vectores ni componentes: es lo que la diferencia del campo. No te olvides de pasar los kilómetros a metros antes de dividir.
Paso 1 de 3
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