lunes, 14 de enero de 2019

Física Final Jul17 T1 - 4 Dinámica


4. Dos satélites A y B de masas MA = 2MB orbitan alrededor de su planeta de masa muchísimo mayor que ellos. Sus radios orbitales cumplen RB = 2RA respectivamente. Si llamamos FA y FB al módulo de la fuerza gravitatoria que el planeta ejerce sobre cada uno de los satélites y vA y vB los módulos de sus velocidades tangenciales, aA y aB a sus aceleraciones centrípetas y TA y TB sus períodos de rotación, ¿Cuál de las afirmaciones es correcta?

 vB = 8vA ; FB = FA/2
Falso.

F = G Mp M / R2

donde
F = Fuerza gravitatoria
G = constante de gravitación universal
Mp = masa del planeta
M = masa del satélite
R = radio orbital

Reemplazando MB = ½ MA (equivalente a MA = 2MB)  y RB = 2RA
FB = G MP MB / RB2  = G MP ½ MA / (2RA)= 8 G MP MA / RA2 ----- > FB = 1/8 FA

 TB = TA; FB = FA/8
Falso

Ecuación de Newton para cada satélite

F = M ac

donde
F = Fuerza gravitatoria = G Mp M / R2
G = constante de gravitación universal
Mp = masa del planeta
M = masa del satélite
R = radio orbital
ac = aceleración centrípeta = ω2 R
ω = velocidad angular = 2π / T
T = periodo

reemplazando
G Mp M / R2  = M (2π / T)2 R
G Mp  = (2π / T)2 R3

Despejando T2

T2 = 4π2 R3/ (G Mp)

Esta ecuación vale para ambos satélites

TA2 = 4π2 RA3/ (G Mp)
TB2 = 4π2 RB3/ (G Mp)

Reemplazando RB = 2RA
 TB2 = 4π2 RB3/ (G Mp) = 4π2 ( 2RA) 3/ (G Mp) = 8 4π2 RA3/ (G Mp) = 8 TA2   ---- > TB = 2√2 TA

 aB = aA; FB = FA/4
Falso
Ver primera afirmación ---- > FB = 1/8 FA

aB = aA/4; FB = FA/8
Verdadero
Ver primera afirmación ---- > FB = 1/8 FA

F = M ac

Despejando a

ac = F / M

Esta ecuación vale para ambos satélites

aA = FA / MA
aB = FB / MB

reemplazando MB = ½ MA (equivalente a MA = 2MB) y FB = 1/8 FA

aB = FB / MB  = 1/8 FA / ½ MA = ¼ FA/MA = ¼ aA  -----  > aB = aA/4

 TB = 2TA; FB = FA/6
Falso
Ver primera afirmación ---- > FB = 1/8 FA

 TB = TA/2; FB = FA/2
Falso
Ver primera afirmación ---- > FB = 1/8 FA




Nota: Se eligió analizar primero las Fuerzas porque están en todas las afirmaciones.

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