Problema 1 - Interacción gravitatoria · Física PAU Valencia Ordinaria 2023

Tema: Campo gravitatorio y satélites: campo, energía, órbitas y leyes de Kepler · Del examen Ordinaria (2023)

Enunciado

PROBLEMA 1 - Interacción gravitatoria

El satélite Sentinel 1 se utiliza para la monitorización del suelo terrestre por teledetección. Tiene una masa m=2200 kgm = 2200\ \mathrm{kg} y completa 14,514{,}5 órbitas circulares alrededor de la Tierra cada día.

Datos: constante de gravitación universal, G=6,67⋅10−11 N⋅m2/kg2G = 6{,}67\cdot 10^{-11}\ \mathrm{N\cdot m^2/kg^2}; masa de la Tierra, M=6,0⋅1024 kgM = 6{,}0\cdot 10^{24}\ \mathrm{kg}; radio de la Tierra, R=6370 kmR = 6370\ \mathrm{km}.

a)

Deduce la relación entre el radio de la órbita, la masa de la Tierra y la velocidad angular del Sentinel 1. Calcula la altura a la que se encuentra orbitando. (1 punto)

b)

Calcula la velocidad orbital, la energía cinética y la energía mecánica del Sentinel 1. (1 punto)

Enunciado: Problema 1 - Interacción gravitatoria · Física PAU Valencia Ordinaria 2023

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Deduce la relación entre el radio de la órbita, la masa de la Tierra y la velocidad angular del Sentinel 1.

Solución: ω2r3=GM⟺r=GMω23\omega^2 r^3 = G M \quad\Longleftrightarrow\quad r = \sqrt[3]{\frac{G M}{\omega^2}}

a) Calcula el radio de la órbita.

Solución: r≈7,11⋅106r \approx 7{,}11\cdot 10^{6} m / 7,11⋅1037{,}11\cdot 10^{3} km

a) Calcula la altura a la que se encuentra orbitando.

Solución: h≈7,43⋅105h \approx 7{,}43\cdot 10^{5} m / 743743 km

b) Calcula la velocidad orbital.

Solución: v≈7,50⋅103v \approx 7{,}50\cdot 10^{3} m/s / 7,507{,}50 km/s

b) Calcula la energía cinética.

Solución: Ec≈6,19⋅1010E_c \approx 6{,}19\cdot 10^{10} J / 6,19⋅1076{,}19\cdot 10^{7} kJ

b) Calcula la energía mecánica.

Solución: Em≈−6,19⋅1010E_m \approx -6{,}19\cdot 10^{10} J / −6,19⋅107-6{,}19\cdot 10^{7} kJ

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