Problema 1 · Física PAU Valencia Ordinaria 2021

Tema: Campo gravitatorio y satélites: campo, energía, órbitas y leyes de Kepler · Del examen Ordinaria (2021)

Enunciado

PROBLEMA 1 - Interacción gravitatoria

La masa del planeta K2-72 es 2,21 veces la masa de la Tierra y su radio es 1,29 veces el radio de la Tierra.

Datos:

Campo gravitatorio de la Tierra en su superficie, g0=9,8 m/s2g_0 = 9,8\text{ m/s}^2; radio terrestre, RT=6,37⋅106 mR_T = 6,37 \cdot 10^6\text{ m}.

a)

¿Cuál es el valor de la intensidad de campo gravitatorio en la superficie de K2-72? ¿Cuál es la fuerza gravitatoria que K2-72 ejerce sobre una persona de 70 kg en reposo sobre su superficie?

b)

Determina la distancia desde el centro de K2-72 para la cual la intensidad de campo gravitatorio es 0,16 veces el valor en su superficie. Deduce y calcula la velocidad que tendría un satélite en órbita circular a dicha distancia.

Enunciado: Problema 1 · Física PAU Valencia Ordinaria 2021

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) ¿Cuál es el valor de la intensidad de campo gravitatorio en la superficie de K2-72?

Solución: 13,013{,}0 m/s² / 13,013{,}0 N/kg

a) ¿Cuál es la fuerza gravitatoria que K2-72 ejerce sobre una persona de 70 kg en reposo sobre su superficie?

Solución: 910910 N / 0,910{,}91 kN

b) Determina la distancia desde el centro de K2-72 para la cual la intensidad de campo gravitatorio es 0,16 veces el valor en su superficie.

Solución: 2,05⋅1072{,}05\cdot 10^7 m / 2,05⋅1042{,}05\cdot 10^4 km

b) Deduce la velocidad que tendría un satélite en órbita circular a dicha distancia.

Solución: Igualando fuerza gravitatoria y centrípeta: Fg=Fc⇒GMmr2=mv2r⇒v=GMr=g(r)⋅rF_g = F_c \Rightarrow G\frac{M m}{r^2} = m\frac{v^2}{r} \Rightarrow v = \sqrt{\frac{GM}{r}} = \sqrt{g(r)\cdot r}.

b) Calcula la velocidad que tendría un satélite en órbita circular a dicha distancia.

Solución: 65306530 m/s / 6,536{,}53 km/s

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