Es el primer tema de la P3. Un tema muy importante porque hasta la fecha de la P3 el problema lo ponían de gravitación. No sé este año lo que harán, pero lo ponían de gravitación. También está el tema de fluidos y de oscilador armónico y de ondas. Tengo pensado pasaros la semana que viene grabaciones y material. Para que podáis estar en condiciones. No os preocupéis por esto. Empezamos con gravitación. También tengo que insistir en este tema porque ha salido cuatro preguntas. Cuatro veces ya. La ley de gravitación universal. La ley de Newton de la gravitación. La han preguntado ya cuatro veces. Es el tema más repetido en todos los exámenes desde que se cambió la bibliografía. Cuatro veces y sus respectivas cuestiones. Bueno, eso quiere decir que está saliendo. Bueno, la importancia de toda partícula. Bueno, vamos a ver. ¿Qué podemos decir de la ley de gravitación? Que dos masas, no dos masas, se atraen con una fuerza que es proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa. Esto digamos es lo que nos dice la ley de gravitación universal. Es una fuerza central. La ley de gravitación universal es una fuerza central. Y tenemos que decir que esta constante. Esta constante gravitacional es una constante gravitacional universal que vale lo mismo para cualquier medio en el universo. ¿Vale? No depende del medio material. Cuando veáis electricidad en el otro cuatrimestre, veréis que hay ahí constantes que dependen del medio material. No es el caso. Esa constante g, aunque lo tenéis ahí de dato, vale 6,67 por 10 elevado a menos 11 newton metro cuadrado kilogramos cuadrado. Este valor tan pequeño de la g mayúscula que no hay que confundir con la c. Esto es la gravedad. Por eso se pone la g mayúscula. Hay gente que sustituye esta g por 9,8. No, no. Esto es la constante de gravitación universal que tiene este valor tan pequeño. Esto hace que para que las fuerzas atractivas sean significativas, las masas tienen que ser muy grandes. Porque claro, aquí dos masas cualesquiera, nosotros dos, la fuerza de atracción que tengamos es imperceptible. Para que algo tengamos una fuerza perceptible, tenemos que tener la masa, por ejemplo, de la Tierra, que es del orden de 10 elevado a 20. 24 kilos. O distancias muy pequeñas, r muy pequeñas, como ocurre en el núcleo atómico, ¿vale? O distancias muy pequeñas. La fuerza es una magnitud vectorial y evidentemente si yo tengo dos masas puntuales, ¿no? M1 y M2, las fuerzas que se ejercen entre ellas, ¿no? Son fuerzas atractivas, ¿vale? Una de ellas, esta sería la fuerza que ejerce 2 sobre 1. La fuerza que ejerce 1 sobre 2. De manera que ambas fuerzas son dos vectores aplicadas a masas distintas, pero que tienen el mismo módulo, misma dirección, pero sentido contrario. F1,2 es igual a menos F2,1 o viceversa. ¿Vale? Y sus módulos son idénticos. El peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional que ejerce la Tierra sobre nosotros. Es decir, nuestro peso es la fuerza con que la Tierra nos atrae. Entonces, la fuerza gravitacional, ¿no? O peso, ¿no? Referido a que nosotros, pues, la masa del cuerpo, digo nosotros porque podemos ser una masa de uno de los cuerpos, ¿no? Sería la misma expresión de antes, pero donde M es la masa de la Tierra, M es la masa de nuestra masa, y RT, que es la distancia entre los dos puntos, ¿no? Es el radio de la Tierra. Y aquí tengo que hacer un apunte. Todo el mundo sabe bien claro que la Tierra es compacta, no está hueca. Por lo tanto, alguien puede decirme, oiga, ¿y por qué me pone de distancia RT cuadrado? Cuando realmente yo estoy en la superficie de la Tierra y yo no me encuentro, me encuentro a cero metros de la Tierra, ¿no? Ya. Pero lo que pasa es que la Tierra, todas las distribuciones de masa esféricas, en concreto la Tierra o los planetas, que tienen forma geométrica esférica, ¿por qué? Pues debido al rozamiento con la atmósfera. El rozamiento con la atmósfera, con el aire, etcétera, hace que todo esté cubido, ¿no? Y tenga moldeado. No hay aristas. Esto no existe en las aristas, ¿no? En el espacio, ¿no? En general. Vamos, todo se va, todo se va pudiendo. Entonces, la fuerza gravitacional, la fuerza que ejerce una masa M sobre la masa de la Tierra, la fuerza que ejerce la Tierra sobre una masa cualquiera, nosotros tenemos que poner siempre, y esto es muy importante, voy a insistir en ello, va a aparecer un par de veces, siempre las distancias centro-centro. Siempre las distancias van a ser centro-centro. Cuando yo compare, o esté comparando o midiendo las fuerzas de atracción entre dos masas, siempre, siempre vamos a considerar las distancias centro-centro, ¿vale? ¿Vale? Y aquí tendría RT más H. Pero, si me encuentro en la superficie terrestre, ¿cuál es la distancia? RT. Por eso, la fuerza gravitacional, el peso, nuestro peso en la superficie terrestre, ponemos RT cuadrado, que es la distancia que nosotros estamos al centro de la Tierra. ¿Por qué? Porque una distribución esférica de masa se comporta análogamente como si tuviéramos una masa puntual en el centro de la Tierra. Es decir, una masa puntual en el centro de la Tierra del mismo valor que toda la masa de la Tierra. Nosotros podemos sustituir esto para la Tierra, para la Luna, para cualquier planeta, ¿no? Sustituir esa geometría, esa esférica, por una masa concentrada en el centro que contiene, ¿no? Y que atraería a esa otra masa puntual. ¿Vale? Entonces, ¿cómo definimos la aceleración de la gravedad? La aceleración de la gravedad G es la fuerza por unidad de masa. La fuerza gravitacional partido por M. Es la fuerza que ejerce la Tierra sobre la unidad de masa. Eso es lo que entendemos como gravedad. Ya sé que en cinemática ya ha aparecido, en dinámica también, y hasta ahora no lo habíamos visto. Las unidades son Newton partido por kilógrafo. Y alguien me puede decir, anda, ¿esto es una gravedad diferente a la de antes? No, es que la gravedad, yo puedo poner 9,81 metros segundo cuadrado o igual 9,81 metros segundo cuadrado. ¿Por qué 9,81? Newton partido por kilo. Porque Newton partido por kilo es lo mismo que metros partido por segundo al cuadrado. Porque un Newton es un kilo por metro partido por segundo al cuadrado. Entonces kilos y kilos se me van y me quedan metros por segundo al cuadrado. ¿Vale? Pues me queda 9,81. 9,81 es la gravedad, ¿no? En la superficie terrestre. Que es la fuerza con que la Tierra atrae a la unidad de masa. A la unidad de masa. A una masa. 9,8 mil kilos. Bien, ¿qué pasa si nos alejamos de la superficie terrestre? Pues que el peso nuestro disminuye. A medida que nos alejemos, disminuye el peso. ¿Por qué? Porque la fuerza de atracción es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Entonces la fuerza gravitatoria, ¿no? Cuando tenemos un cuerpo que se aleja, sería partido este R cuadrado. Que sería GMTM. Partido RT más H al cuadrado. Siempre, no os olvidéis que siempre las distancias se refieren al centro de la Tierra. Al centro de los planetas. Al centro del Sol. ¿Vale? Si algo no tiene dimensiones, como puede ser un satélite artificial o una nave espacial, pues vale, perfecto, puntual. Pero cuando tengamos satélites naturales, ¿no? Como la Luna, etc. Fogos, etc. ¿No? O planetas, hay que tener siempre las distancias centro-centro. Y fijaos cómo disminuye. Y ahora introducir el concepto de energía potencial gravitatoria. Bien, es que el peso acordados y por tanto la fuerza gravitatoria es una fuerza conservativa. Os acordáis del tema de trabajo y energía, fuerzas conservativas. ¿Qué era una fuerza conservativa? Aquella cuyo trabajo realizado entre dos puntos, aquella cuyo trabajo realizado entre dos puntos, no depende del peso. No depende del camino seguido. Sólo depende del punto inicial y final. En el anterior peta hubo ya alguna cuestión relacionada con esto, ¿no? Entonces la fuerza gravitacional, la fuerza gravitacional es una fuerza conservativa. Y de una fuerza conservativa deriva una energía potencial. Entonces, ¿qué sabíamos nosotros del tema de trabajo y energía? Que el trabajo de A a B, que sería integral de F diferencial de R, es igual a menos la variación de energía potencial. Es decir, la energía potencial inicial menos la final. Si nosotros hiciéramos esta integral de menos GMT, bueno, GMM. Ah, me lo pone con la masa de la Tierra. Voy a seguir la misma nomenclatura del libro, vale, entendido. Vale, aunque se puede generalizar para dos masas cualesquiera, ¿eh? GMTM partido R cuadrado diferencial de R de A a B, ¿eh? Si hacemos esta integral, no la voy a hacer ahora porque tampoco, pero os quedaría una integral de R a la menos 2 diferencial de R, de R sub A a R sub P. Se puede demostrar que esto sale menos GMTMRA menos, menos GMTMRB. Alguien me puede decir, hombre, ¿por qué pones menos GMTMRA? Porque esta expresión que lleva el signo menos le llamamos a nosotros energía potencial en el punto A, U sub A. Y esta expresión es U sub B. Entonces, ¿qué es el trabajo? A ver, si yo tengo, si yo tengo aquí cuando he tomado, aquí, ¿por qué no puedo poner MGH? Creo que hasta ahora habéis puesto siempre con la energía potencial gravitatoria MGH. Porque aquí las distancias son muy grandes. Son de cientos de kilómetros. Y la gravedad no es constante. Hasta ahora habíais hecho problemas, ¿no?, de energía potencial, problemas de dinámica, que las variaciones de altura eran del orden de los metros. Y la gravedad se considera constante. Pero ya cuando tengo distancias de kilómetros, la gravedad no es constante y nunca puedo aplicar MGH con los problemas de campo gravitatorio cuando estoy con satélites, cuando estoy lanzando cuerpos a velocidades de kilómetros por segundo. Porque adquieren alturas muy grandes y la gravedad no es constante. La energía potencial que tengo que utilizar es esta expresión que tenéis aquí. Y esta energía potencial, es importante que sepáis que tiene como origen de energía potencial, ¿es dónde? El infinito. Es decir, ¿cuánto, dónde vale cero la energía potencial? En el infinito. ¿Por qué? Porque es menos GMTM partido por infinito. Algo partido por infinito es cero. El punto más lejano, es decir, el máximo valor de la energía potencial es cero, en el infinito. En cualquier otro punto más próximo será negativo. Es decir, os podéis chocar en la cabeza que hasta ahora siempre tenéis una energía potencial positiva. Solo en algún caso muy especial, si bajaba por nivel cero de altura, no. Pues ahora, el origen de energía potencial no se toma el suelo, la mesa, el punto de trabajo. No, es el infinito. Y como cualquier otro punto está más cercano, tendrá una energía potencial negativa. Entonces, ¿qué representa esto? ¿Qué representa la energía potencial en un punto? ¿No? Bueno, pues el trabajo necesario para trasladar una masa desde ese punto hasta el infinito. Eso sería la energía potencial. Importante, ¿eh? Bueno, ¿qué pasa cuando tenemos un movimiento en una órbita circular? Un satélite que da vueltas. Tenemos un movimiento circular uniforme. MCU. ¿Vale? Importante. Fijaos este esquema de dibujo tan interesante. En rojo, la fuerza que actúa sobre el cuerpo, que es la fuerza gravitatoria. En verde, la velocidad, que es tangente a la trayectoria. Y A es la aceleración, que no es una fuerza. Aquí podemos asumir como fuerza centípeta la fuerza gravitatoria. Fuerza gravitatoria o fuerza centípeta, vale. A no es una aceleración. Esta aceleración, ¿qué se le llama? La aceleración normal. Normal o centrípeta. ¿Vale? Aceleración normal o centrípeta. ¿Vale? Entonces, entonces, ¿qué ocurre cuando un cuerpo da vueltas? Esto es muy importante, ¿eh? Este desarrollo. Pues aplico la segunda ley de Newton con aceleración normal. Esto sería G masa de la Tierra M partido R al cuadrado igual a M V al cuadrado partido por R. R y R se van. M y M se van. Y de aquí vosotros podéis escribir que la velocidad, ¿eh? Podéis deducirla. Yo no me aprendería la fórmula de memoria, sino que la deduciría, la sabría deducir. Porque en un examen aprenderse estas fórmulas ya deducidas es peligroso, ¿eh? Es muy peligroso. Donde R, voy a insistir, es RT más H, el radio de la órbita. Esto sería la velocidad lineal. Yo puedo relacionar la velocidad lineal con la velocidad de la órbita. Con la altura, con el radio de la órbita. ¿Vale? Ahora bien, a mí me puede interesar relacionar esto también con el periodo. Con el periodo de revolución. ¿Cómo lo hago? Pues fijaos. Mirad. Os lo voy a deducir. F es igual a M por A, ¿no? GMTM partido por M R al cuadrado es igual a M por la aceleración normal. La aceleración normal también puedo poner que es igual a omega al cuadrado por R. Y, a su vez, omega es 2pi partido por el periodo. Es un parámetro que es muy interesante y muy importante en los problemas de gravitación de satélites. Es el periodo de revolución. ¿Qué es el periodo de revolución? El tiempo que invierte la partícula, el satélite, en dar una vuelta completa. Entonces voy a seguir aquí abajo, voy a seguir deduciéndolo, voy a seguir reduciéndolo, y las masas se me van. El R con R al cuadrado me queda R cubo. GMT partido R cubo igual a 4pi al cuadrado T al cuadrado. Y estamos deduciendo la tercera ley de Kepler, que la veremos después. Ya la habremos deducido. ¿Y qué vemos? Que hay una relación entre el cuadrado del periodo y el cubo de la distancia. Es una constante. Para cualquier satélite que gire alrededor de la Tierra. Porque depende, ¿de qué depende? De la masa de la Tierra. Entonces, que nos sepamos esta fórmula deducida así, yo os aconsejo que la sepáis deducir, que aprendedme todo esto. La gente no se aprende esto, eh. La gente lo que hace y dice ah, no, yo tengo la V, ¿cómo puedo calcular la omega? Ah, pues mire, también yo puedo hacer esto. V igual a omega por R. V igual a 2pi partido por el periodo y por R. Ah, muy bien. También puedo hacerlo de esta manera. No tengo por qué deducirlo todo así, del periodo en función de R. Yo puedo poner V lo sé, R el radio de la órbita y despejar el periodo. Y ya está. Bien. ¿Cuál es la energía mecánica de un satélite que está en órbita? Pues la energía mecánica siempre suma de cinética y potencial un medio de mv cuadrado más menos gm tm partido por R, que es la energía potencial. Pero, pero, pero, pero, ojo. Cuando está en órbita y solo en órbita, cuando está en órbita, ¿qué teníamos? Que v cuadrado, ¿no? Era v igual o v cuadrado igual a gm t partido por R. g m t partido por R. Sustituyo v cuadrado por gm t partido por R. Aquí. Aquí lo tenéis. Y me queda esta expresión. Ojo, me queda un medio menos uno. ¿Cuánto es un medio menos uno? Menos un medio. Anda. La energía mecánica. Esta es la energía mecánica de un satélite en una órbita circular. Importante. Y además es negativa. Algo que tenéis que saber que siempre la energía mecánica de cuerpos celestes que, o artificiales, ¿no? Que, que describen órbitas circulares o incluso elípticas siempre es negativa. La energía mecánica es negativa. Siempre es negativa para que esté sujeta, ¿no?, digamos, dando órbitas circulares. Esencialmente. Menos g m t m partido dos R. Vamos a hablar ahora brevemente de las leyes de Kepler y el movimiento de los planetas. Bueno, las tres leyes de Kepler. Una de ellas, pues, que los planetas describen órbitas elípticas estando el Sol en uno de sus focos. Después, la segunda interesante. El radio vector, ¿no?, que une el Sol con los planetas describe o barre áreas iguales en tiempos iguales. ¿Cómo es? Ahora lo veremos a continuación. Lo entenderéis mejor. Lo que estamos diciendo es que los planetas no giran en órbita elíptica a velocidad constante. En una supuesta órbita circular, sí, va a velocidad constante y tengo un MCU. Pero en una órbita elíptica, no. Porque tiene que describir o barrer áreas iguales en tiempos iguales el radio vector. Y por tanto, cuando esté más cerca del Sol tendrá que ir más rápido y cuando esté más lejos, más despacio. El periodo de órbita de un planeta elevado al cuadrado es proporcional al cubo de la longitud del semieje mayor. Esto es semieje mayor si es una órbita elíptica. ¿Eh? T cuadrado partido a cubo, ¿no?, ha de ser constante en una órbita elíptica. Si es una órbita circular se pone R. Que es lo que hemos deducido hace un momentito. ¿Vale? Vamos a trabajar un poquito más estas leyes. Mirad, aquí a la izquierda tenéis un dibujo un dibujo donde el Sol está en uno de los focos y tenemos una órbita elíptica. ¿No? Y tenéis el semieje A. ¿No? A y A todo el eje mayor sería 2A. ¿Vale? Entonces mirad la segunda ley de Kepler yo creo que esto es interesante ¿Cómo lo podemos justificar? Que el radio vector barre áreas iguales en tiempos iguales. Porque mirad el movimiento planetario el momento de las fuerzas externas eso es general es la derivada de L con aspecto de T si no queréis que ponga el momento de las fuerzas externas puedo poner el torque la T y que ponga la T de torque o da igual ahí bajamos ¿Vale? Entonces ¿Qué vale el momento de las fuerzas externas? Cero ¿Por qué vale cero? Cancelar ¿Por qué vale cero el momento de las fuerzas externas? No hay fuerzas externas Sí ¿Quién? La fuerza gravitatoria Sí ¿Vale? ¿Pero qué es el momento? El momento o la torca es R vectorial F y dijimos que aquí tenemos una fuerza que es atractiva de un radio vector que va del Sol al planeta ¿Qué ángulo forma estos dos vectores? 180 grados ¿Qué vale el signo de 180? Cero Por lo tanto esto es cero ¡Uy! Perdón Esto es cero Y por lo tanto L es constante L es el momento angular o cinético R vectorial mv que en los dos puntos el punto más lejano es el afelio o apoastro o afelio apogeo apoastro El más cercano perihelio perigeo periastro Ahí está Son palabras que se utilizan indistintamente Entonces el momento angular en el punto más lejano y el punto más próximo entonces sería Ra porque aquí sí que forma 90 grados en este punto Ra por m Va es igual a Rp Mvp Las masas se van ¿Vale? De manera que Ra por Va es igual a Rp por Vp Quiero que os deis cuenta que con esta fórmula no sé ya sé que hago las Vs muy cerradas ¿no? A lo mejor no se entienden con las R se confunden Estáis de acuerdo conmigo que para R pequeña la Va tiene que ser grande para que el producto sea constante y para R grande la Vp tiene que ser pequeña Estamos justificando por qué cuando estamos más cerca del Sol cuando un planeta está más cerca del Sol su velocidad lineal es mayor y cuando está más lejos su velocidad es mayor es menor ¿De acuerdo? Bien Ahora aquí peso aparente esto es lo último y ahora pasamos a los problemas Peso aparente y rotación terrestre ¿Qué pasa? Si nosotros estamos en el polo norte por ejemplo estamos en el polo norte nuestro peso aparente es el peso real mg siendo g jesucristo la gravedad terrestre ¿Qué es el peso aparente? Pues el peso aparente es lo que marcaría una balanza si yo me subo a una balanza en el polo norte en el ecuador o en cualquier otro sitio mi peso aparente es lo que marca la balanza ¿Por qué? Porque la balanza que marca la fuerza de reacción que ejerce la superficie de la balanza sobre mi y eso es igual a la fuerza de la acción que yo ejerzo sobre la balanza ¿Vale? Entonces se le llama normal aquí le ponen una F yo solemos llamarle normal ¿No? Entonces yo creo que os deis cuenta que la tierra tiene un movimiento circular uniforme no es un sistema de referencia inercial es un sistema de referencia que posee aceleración es un sistema de referencia que posee aceleración entonces tengo que tener presente que si yo estoy en el ecuador no es tan sencillo para no irme a un punto de latitud determinada tengo un objeto que está dando vueltas alrededor de un eje que pasa por el polo norte si yo estoy en el polo no estoy a ninguna distancia del eje de giro mi distancia del eje de giro es cero mi aceleración normal será cero no tengo aceleración normal o me he acordado aceleración normal cero no tengo velocidad no estoy girando a una velocidad determinada porque estoy sobre el eje que te cito mi velocidad es cero si lo miro con omega cuadrado por r me da igual ahora si yo estoy en el ecuador tengo que aplicar la segunda ley de Newton F igual a m por a sub n ¿qué fuerzas actúan sobre mí si estoy encima de una balanza y lo entenderé mejor así? o si no pensad que F o la normal es la fuerza de reacción ¿no? yo tendré eh hacia adentro tendré el peso m por g sub cero el peso real ¿vale? la normal hacia arriba igual a m por a sub n de manera que la normal ¿a qué será igual? a mg sub cero menos m a sub n ¿vale? a esto le puedo llamar peso aparente y al peso aparente le puedo llamar la masa por la g aparente una g aparente una gravedad aparente que es la que yo soporto y de manera que de aquí yo podría decir que la g aparente es la g sub cero menos v cuadrado partido por rt porque la aceleración normal la aceleración normal es v cuadrado partido por r ¿qué estamos diciendo? que nuestro peso en el ecuador o cuanto más me aproxime al ecuador será menor que en el polo ¿no? porque viene influenciado mi peso aparente ¿eh? es decir si yo me subo en una balanza ¿eh? como tengo estoy en un sistema acelerado mi sistema de referencia es un sistema acelerado ¿no? tendré digamos esa mi comportamiento será el de un cuerpo de menor masa ¿vale? bien vamos allá con los problemas este es un problema dice dos esferas uniformes están fijas en los puntos a y b es decir calcular el módulo de dirección de la aceleración inicial de una esfera uniforme de 0,01 kg inicialmente en reposo se resuelta desde el punto p suponiendo que solo actúa sobre ella las fuerzas gravitatorias de las dos esferas es decir si a mí me piden la aceleración que está sujeta esta masa de 0,01 kg yo lo que tengo que hacer es calcular la fuerza gravitatoria ¿no? si yo calculo la fuerza gravitatoria resultante será igual a la masa por la aceleración luego la aceleración será la fuerza gravitatoria partido por m la fuerza gravitatoria partido por m ¿qué tengo que hacer? dibujar los vectores y después calcular los módulos y después ver las componentes de los vectores ¿cuáles son los vectores de las fuerzas? las dos flechas verdes son las fuerzas de atracción que ejercen las masas A y B que ya las dibujo puntuales ¿eh? las dibujo puntuales si os dais cuenta y descompongo estos dos vectores F que uno es FA y el otro es FB sobre el eje X y sobre el eje Y ¿no? FAX FBX ¿eh? daos cuenta que las masas A y B son idénticas 0,26 kg eso quiere decir que las fuerzas atractivas sobre el eje X y sobre el eje Y ¿vale? se van a anular se van a compensar ¿de acuerdo? y se van a sumar las del componente Y ¿eh? las del componente Y se van a anular ¿qué vale el módulo? el módulo sería esta expresión la que ejerce A G por MA por M partido de R cuadrado siendo R la distancia centro-centro aquí son masas puntuales no me dan dimensiones no son planetas ¿eh? entonces F G M M partido de R cuadrado y la fuerza sale 1,735 por 10 elevado a menos 11 newtons sería FA la fuerza que ejerce FA y la fuerza que ejerce FB pero ¿cuál es la fuerza resultante? yo no puedo sumar estos dos números ¡no! porque estos dos vectores no son unidireccionales no están uno encima del otro ponemos un ángulo determinado tengo que sacar la componente Y porque la componente Y es la que es la que se va a sumar los dos vectores la componente Y entonces aquí podemos hacer un triángulo ¿veis? la hipotenusa es 10 la base es 8 la altura es 6 ¿vale? y lo que intento es sacar el seno y coseno a mí me interesa el coseno aquí en este caso ¿qué será el coseno? pues 10 ¿eh? el coseno ¿qué será? cateto contiguo que es 6 partido de la hipotenusa que es 10 entonces me queda que el coseno es tres quintos ¿os dais cuenta que la componente Y no? porque las componentes X se me van la fuerza resultante sería dos veces la componente Y de FA o de FB me da igual pues son iguales ¿y qué es la componente Y? el coseno esto es el coseno porque el coseno de Z será igual a FA Y partido FA la componente Y es 3 y el coseno partido de la hipotenusa FA ¿eh? esto sería el coseno por lo tanto pongo 2F coseno de Z sustituimos numéricamente y tendremos el vector fuerza que evidentemente al ir hacia abajo será componente J y con un signo menos ¿y qué va a dar la aceleración? la aceleración será F partido por M F partido por M ¿vale? y se sustituye ahí ya está bueno seguimos esto es el solucionario por si lo queréis ver vamos con este otro problema dice un planeta tiene de radio 3,24 por 10 elevado a 6 metros la velocidad de escape de un objeto lanzado en su superficie vale todo esto ¿cuál es la aceleración debido a la gravedad de la superficie del planeta? bueno ¿qué es la gravedad en la superficie de un planeta? ¿qué es la gravedad? esto GMP partido RP cuadrado ¿qué me falta aquí? yo sé el radio pero no sé la masa del planeta pero me da la velocidad de escape ese concepto no lo hemos hablado ¿qué es la velocidad de escape? importante la velocidad de escape es la mínima velocidad que se ha de comunicar a un objeto desde la superficie del planeta ¿para qué? para que se aleje al infinito y llegue al infinito con velocidad cero esa es la velocidad de escape mínima velocidad velocidad de escape mínima velocidad que se ha de aplicar a un objeto desde un punto determinado en este caso desde la radio del planeta para que se escape entonces aplicamos trabajo de rozamiento igual a cero energía mecánica en uno igual a energía mecánica en dos entonces energía cinética uno más energía potencial uno es igual a energía cinética dos más energía potencial dos ¿vale? entonces abajo del todo sólo tendremos energía cinética un medio de m v1 cuadrado ¿vale? y la energía potencial menos gm masa del planeta por m partido de radio del planeta ¿vale? igual energía cinética vale cero porque no tiene velocidad y en el infinito la energía potencial es cero pues de aquí esta v1 es la velocidad de escape y esta velocidad de escape paso el otro término sumando a la derecha y operando saco la raíz cuadrada tacho las masas pequeñas me queda gmp partido rp pero bueno mi objetivo no es despejar pero esto aquí está que a continuación lo tengo no sé tenía aquí no sé por qué lo estaba escribiendo otra vez todo pero bueno aquí está más claro ¿no? que la misma velocidad para que llegue al infinito con velocidad nula entonces esta es la relación que hay yo paso este miembro aquí a la derecha y despejo la masa por ejemplo porque no la sé una vez que ya he calculado la masa o la sustituyo en la fórmula de la gravedad del planeta puedo calcular la gravedad de ese planeta a partir de la velocidad de escape y del radio del planeta que no quiero calcular la velocidad de escape bueno lo puedo dejar en función de la velocidad de escape la masa del planeta como queráis eh tampoco me pide estrictamente la masa del planeta a este otro vamos allá dice este es un problema que cayó muy parecido a uno que cayó el año pasado en uno de los exámenes cayó un problema de campo gravitatorio dice la aceleración debido a la gravedad en el polo norte de Neptuno es 11,2 me da la masa y el radio de Neptuno y el periodo de rotación 16 horas calcule la fuerza gravitatoria capturada según un objeto de 5 kilos en el polo norte y qué peso tendrá aparente en el ecuador bueno primero pide la fuerza gravitatoria en el polo norte ¿no? ¿qué es la fuerza gravitatoria? simplemente sustituir no tiene ningún secreto a ver polo norte lo que nos mide ¿qué es? es el peso no hay nada más es m por g sub 0 g por la masa del cuerpo por la masa del cuerpo partido del radio de Júpiter no, no era Júpiter Neptuno perdón masa de Neptuno y radio de Neptuno y el peso real que tiene en el polo norte es esto ¿y qué pasa en el ecuador? cuidado lo que hemos visto antes en el ecuador el peso aparente que es la normal entonces pondremos que el peso real mg menos la normal es igual a m por a sub n aquí lo tenemos ¿no? p sub 0 menos n igual a m por a sub n donde a sub n es la aceleración normal que no voy a ponerla en función de v porque me da en el periodo lo que hago es que omega es 2 pi partido por el periodo y lo elevo al cuadrado y los 16 días hay que pasarlos a segundos 16 horas perdón 3600 segundos es una hora y por lo tanto a partir de aquí ¿no? a partir de aquí tendré el periodo en segundos me sale una aceleración normal de 0,297 entonces ¿qué valdrá el peso aparente en el ecuador? pues el peso real 53 menos m por a sub n por lo tanto en este caso valdría 52 ha bajado una unidad aquí tenemos otro problema de una esfera de 60 kilos que sostiene su centro en el origen y una segunda esfera de 80 que está en x0 y 3 ¿cuál es el módulo de la división de la fuerza gravitatoria neta que estas fuerzas se ejercen sobre una tercera esfera situada en x igual a 4? pues mirad se hace un dibujo se dibujan las dos fuerzas atractivas la fuerza que ejerce 1 sobre 3 la fuerza que ejerce 2 sobre 3 que son de carácter atractivo ¿vale? y me fijo que yo quiero yo quiero calcular la fuerza resultante sobre 3 la fuerza resultante sobre 3 es la suma de estos dos vectores de 1 sobre 3 más la fuerza de 2 sobre 3 de 1 sobre 3 y de 2 sobre 3 ¿vale? que es la fuerza resultante si de 1 sobre 3 y 2 sobre 3 ¿vale? ¿y qué va a dar el módulo? pues el módulo de esta fuerza será g m1 m3 partido la distancia al cuadrado r13 al cuadrado pero claro yo no puedo sumar los números porque forman ángulos tengo que sacar componentes de f23 f13 ya está sobre el eje x apuntando hacia la izquierda y f23 tendré que sacar la componente i y la componente x ¿vale? ¿y cómo? pues con el seno es la componente i y con el coseno es la componente x ¿y qué vale el seno y el coseno? como se 3 4 la hipotenusa es 5 ¿no? venga tenemos aquí los módulos en primer lugar de f1 con 3 y f2 con 3 los módulos f13 va está sobre el eje x izquierda sólo una componente f23 tiene una componente x sobre el eje x negativo y una componente i sobre el eje i positivo la x es negativa hacia la izquierda la x con el coseno la i con el seno se sustituye numéricamente y operando pues se suman las componentes a componentes me sale f3 ¿vale? si quiero sacar el módulo raíz cuadrada de cada una de las componentes al cuadrado y cuidado para saber la dirección ¿no? yo hago la tangente de z y bueno yo en este caso diré que son 27 grados ¿dónde 27 grados? 27 grados por aquí porque esto es la fuerza resultante 27 grados estamos en el segundo cuadrante sobre el eje x o si no quiero expresarlo sobre el segundo cuadrante sobre el primero que es más ortodoxo ¿no? sería 180 menos 163 ¿vale? sería el ángulo con respecto al primer cuadrante después me pide si tenemos las masas 1 y 2 ¿en qué punto estaría en equilibrio una tercera masa m3 ¿no? pues simplemente es que la fuerza resultante sea cero en definitiva que ambos módulos de ambas fuerzas sean iguales porque son dos vectores que tienen la misma dirección y sentido contrario pues a una distancia le llamo i y a otra 3 menos i sustituyo ¿no? las g se pueden simplificar las m3 se me van ¿vale? sustituyo numéricamente y opero y me sale a 1,39 metros ¿vale? seguimos un astronauta descende en un planeta esférico en una de un planeta esférico en una galaxia lejana cuando se encuentra sobre la superficie del planeta se libera desde el reposo una pequeña roca y comprueba que esta tarda 0,49 segundos en caer 1,9 metros si el radio vale tanto ¿qué vale la masa? fijaos este dato que os da aquí se libera desde el reposo en la superficie del planeta estamos aquí esto es como si estuvieramos aquí y resulta que dejó caer un objeto desde 1,9 metros lo dejó caer y tarda 0,48 segundos en recorrer 1,9 metros ¿vale? entonces esto que me permite a mí calcular la gravedad en la superficie del planeta porque ahí sí que puedo decir que la gravedad es constante porque solo se desplaza 1,9 metros entonces por cinemática puedo calcular la gravedad 16,49 es la gravedad entonces si sabemos la gravedad y sabemos el radio del planeta podré calcular ya fácilmente la masa del planeta despejando ¿de acuerdo? este es el problema que cayó en el examen el año pasado en febrero del 24 dice Titán es la mayor luna de Saturno tiene una masa tal un radio medio tal tiene un periodo de giro sobre sí mismo ¿no? esto es un periodo orbital de rotación ¿no? como le ocurre a la luna ¿no? que gira sobre sí misma de 15 días 22 horas y 41 minutos después Marte tiene una masa tanto como veis aquí de 10 elevado a 23 kilos y un radio y su periodo es de 24,6 horas dice calcular la gravedad en el polo norte de Titán bueno la gravedad en el polo norte de Titán es G0 la gravedad en el ecuador será G0 pero no se supone con lo que os he explicado donde la normal es la fuerza de reacción en el polo R es 0 en el ecuador R es el radio del planeta de Titán o de Marte ¿vale? entonces el en el polo norte Titán pues la gravedad vale 1,352 ¿no? y en el ecuador de Titán 1,298 hay una disminución ¿no? de la gravedad ¿eh? y si nos vamos a Marte lo mismo en Marte se sustituye por el radio de Marte y en el ecuador pues hay que restarle la aceleración normal ¿vale? ¿qué diferencia hay en cada uno entre Titán y Marte de las gravedades o aceleraciones? pues en un caso tenemos una diferencia de 0,054 en Titán y en Marte sólo es 0,017 ¿y por qué ocurre esto? bueno el periodo de rotación de Marte es mayor por lo que su velocidad angular es menor y su aceleración normal será menor los rayos son similares ¿no? la aceleración normal es menor en Marte de ahí la menor diferencia de la gravedad en Marte ¿eh? de ahí la menor diferencia la gravedad en Marte es mayor que en Titán por lo tanto encima el efecto es menor vamos a ver ¿por qué la variación de la gravedad entre polo norte y ecuador es mayor o menor en un planeta determinado? porque la aceleración normal la aceleración normal ¿no? depende de qué del radio y de omega si tú tienes dos sistemas que giran con radio muy parecido el que tenga la omega más grande tendrá mayor aceleración normal y omega más grande supone tener el periodo más pequeño aquel que tenga el periodo más pequeño aquel que gire más rápido será el que tendrá más aceleración normal y más variación bueno este problema aparecerá después porque éste salió el año pasado en la PEL es de campo navigativo después os lo pongo por eso lo podéis descargar aquí hay otro ejercicio ¿no? que dice un satélite artificial de 400 kilos describe una órbita circular sobre la tierra el valor de la gravedad de dicha altura es de la tercera parte que es la superficie explíquese si hay trabajo para mantener el satélite en órbita y calcular el valor de h esto es importante ¿qué vale el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria para mantener en órbita un satélite? cero ¿por qué es cero el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria? ¿por qué es cero el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria? porque la fuerza gravitatoria en todo momento es perpendicular al desplazamiento ¿no? si la fuerza gravitatoria esto es la fuerza gravitatoria ¿vale? y el vector velocidad el desplazamiento es éste tenemos 90 grados el trabajo de la fuerza gravitatoria es cero por lo tanto la fuerza gravitatoria no realiza ningún trabajo no hay que aportar ninguna energía una vez que está en órbita ¿eh? esto seguiría en órbita indefinidamente si no hay rozamiento ¿vale? después me pide la altura a la que se encuentra ¿cómo puedo calcular la altura? ¿vale? ¿qué me da el dato? ah que la gravedad allá arriba vale la tercera parte que la tierra entonces g ¿a qué es igual? a gmt partido rt más h al cuadrado la gravedad es g sub 0 partido por 3 igual a 9,81 partido por 3 o si no queréis porque no me dan datos de gmt o si me dan a ver sí no me dan ah no me dan la g mayúscula ni la masa tengo que hacerlo un poquito tengo que trabajar un poquito diferente fijaos ahora lo pongo ¿eh? esto sería esto es igual ah hasta luego gracias g sub 0 partido por 3 ¿vale? entonces tendría gmt partido rt más h al cuadrado es igual a un tercio de gmt partido rt cuadrado daos cuenta que se tacharía mt con g ¿eh? y me quedaría simplemente tres veces rt cuadrado es igual a rt más h al cuadrado y sacamos raíz cuadrada y de aquí se despeja la h ¿vale? me queda raíz de 3 menos 1 ¿no? rt igual a h ah pero si la órbita fuera en forma de elipse no se puede hacer así no se puede calcular así no no no no a ver lo que sí podemos decir es que la fuerza gravitatoria el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria es 0 eso sí que lo podemos decir porque es una fuerza conservativa y al dar una vuelta el trabajo va a ser 0 otra cosa es si la fuerza va a ser siempre perpendicular al desplazamiento esto fue una pregunta en la cuestión del año pasado ¿no? ahora después abriremos el archivo en todo caso entonces lo que sí tenéis que saber en cuenta es que la fuerza gravitatoria es una fuerza conservativa y el trabajo realizado por esa fuerza gravitatoria cuando el satélite da una vuelta ya sea circular o sea elíptica será 0 otra cosa es que me digas que en un tramo puede haber un trabajo positivo o un trabajo negativo en una órbita elíptica pero eh en la circular siempre va a ser 0 el trabajo entre cualquier tramo que recorra pero en una órbita elíptica el trabajo total en dar una vuelta es 0 porque es una fuerza conservativa ahora tú puedes tener trabajos ¿no? que realiza la fuerza gravitacional porque la velocidad cambia la velocidad no es constante y al no ser la velocidad constante ahí vas a tener un trabajo que te acelera y que te frena al planeta o al satélite ¿de acuerdo? interesante la pregunta bueno gracias por avisar ¿qué más nos piden? explíquese ahí determine el periodo de la órbita y la energía mecánica del satélite bien el periodo pues tendré que hacer el desarrollo a ver para calcular el periodo pues esto es el primer apartado ahí están los otros ¿no? sí esta fórmula la hemos deducido antes no sé si os acordáis cuando os he deducido la tercera ley de Kepler ¿no? sí que el cuadrado de los periodos el cuadrado del periodo partido por el radio al cubo es 4pi cuadrado partido GMT para no deducirlo otra vez porque es reiterativo a partir de aquí yo puedo sacar el periodo sabiendo el radio ¿y qué es el radio? cuidado es RT más H no no es H ¿eh? vale y a partir de aquí sacamos el radio ¿y cómo puedo sacar? si yo no sé GMT ¿no? no me da el enunciado GMT pero nosotros sabemos que G0 es GMT RT cuadrado entonces yo puedo sustituir el producto GMT por G0 RT cuadrado G0 me lo da el enunciado y RT también me lo da el enunciado pues entonces ya no tengo ningún problema ¿eh? puedo sacar el producto ¿vale? ¿y qué vale la energía mecánica? pues la energía mecánica es la suma de cinética más potencial hemos demostrado hace un momento que la energía mecánica es menos GMTM partido 2R ¿no? la energía mecánica importante esta fórmula solo para órbitas para satélites en órbita la energía mecánica no vale si no está en órbita ahora si Martín Prieto me dice y si la órbita es elíptica pues donde hay la R pones la A donde la A es el semieje mayor todas estas fórmulas las que hemos deducido para órbitas circulares sirven para órbitas elípticas cambiando la R por A siendo A el semieje mayor semieje mayor la A es el semieje mayor la mitad de la distancia de extremo a extremo de la elipse del apogeo al perigeo ¿eh? y se calcula muy bien este ya está acabado vamos a seguir un poquito más ¿sí? y ahora tenemos D8 2 espérate un poquito vamos a ver si tenemos las preguntas de teoría que quería que preguntas teoría campo gravitatorio voy a hacer hincapié aquí le he puesto en un archivo aparte porque estas son las preguntas que han ido saliendo en distintos exámenes ¿no? y como os he dicho se dio ya 4 veces una aquí pregunta de teoría energía potencial gravitatoria y aquí lo que se está pidiendo es interesante la B ya la hemos hecho porque era de fuerzas conservativas pero la A es decir oye como si aplicamos MGH y la U es GMM partido por R ¿no? crece con la altura mientras que la segunda disminuye con la distancia al centro de la Tierra ¿no? yo tengo estas dos bueno pues aquí tenéis un poco de razonamiento ¿eh? energía potencial gravitatoria lo que ocurre aquí es que tomamos origen de energía potencial en el infinito ¿vale? y a partir de ahí pues bueno la energía potencial obtenida de ese proceso de integración ¿no? como tomamos origen en el infinito y en otro caso tenemos origen en la superficie de la Tierra la energía potencial ¿no? a medida que nos alejamos de la Tierra ¿no? aumenta a medida que aumenta la distancia al centro de la Tierra hasta el objeto ¿no? más trabajo se requiere para atraerlo aquí lo que pasa es que aquí en este problema mientras que la segunda disminuye con la distancia al centro de la Tierra la verdad es que aquí le falta el signo menos ¿no? para explicarlo aquí en esta expresión de la energía potencial ¿no? se ha tomado no ha tomado menos GMTM ¿no? el toma que va aumentando ¿no? y para llegar igual a cero vale infinito bueno aquí tenéis cómo se puede transformar una en la otra ¿no? si esto os lo dejo para que lo miréis ¿eh? porque ya dice otro leyes de Newton de la gravitación ley de Newton de la gravitación teoría un planeta se mueve a velocidad constante en una órbita circular ¿cuál es el trabajo que realiza que ejerce su estrella sobre el planeta? ya lo hemos dicho cero si en vez de ser una órbita circular es elíptica ¿cuál es el trabajo neto que ejerce su estrella sobre el planeta? al describir una órbita completa sigue siendo cero porque es una una fuerza conservativa ¿qué diferencia habría en relación con el caso de la órbita circular? ya lo hemos dicho antes que habría trabajos puntuales positivos o negativos ¿no? entre la trayectoria pero al final el trabajo total en un círculo cerrado en una órbita elíptica cerrada sería cero lo tenéis ahí escrito ¿no? y aquí además hay distintas velocidades ¿no? cuando está más cerca más rápido y viceversa esto lo podéis lo podéis descargar ¿eh? y y aquí en septiembre otra vez las leyes de Kepler y el movimiento de los planetas veis como este tema ha caído ya casi todas las preguntas posibles ¿qué viajes requiere más combustible? ¿de la Tierra a la Luna o de la Luna a la Tierra? el mismo consumo la Tierra está más cerca del Sol en noviembre que en mayo ¿en cuál de estos dos meses es mayor su velocidad orbital? bueno la energía requerida para viajar de la Tierra a la Luna es mayor que de la Luna a la Tierra ¿por qué? porque la masa de la Luna es menor y el punto de equilibrio el punto de equilibrio que hay entre la fuerza atractiva que ejerce la Tierra y la Luna está más lejos de la Tierra entonces si yo quiero alejar un objeto que llega a la Luna tengo que llegar al punto de equilibrio donde las dos fuerzas son iguales y como está más lejos de la Tierra porque una vez que haya superado ese punto de equilibrio me atrae más la Luna que la Tierra y ya la nave se va hacia la Luna sin embargo si yo lo lanzo desde la Luna como está más cerca al punto de equilibrio ¿eh? ya he tenido que usar menos energía y el porqué de las velocidades ¿por qué cuando estamos más cerca? pues por la ley por la segunda ley de Kepler ley de las áreas ¿no? ya lo hemos explicado antes cuando estamos más cerca mayor velocidad para que el momento angular se mantenga constante y esto salió el año pasado ley de Newton de la gravitación ¿cuándo atrae cómo es el Sol? ¿al mediodía o a medianoche? y si todos los planetas tuvieran la misma densidad la gravedad en su superficie del radio del planeta pues mira ¿cuándo atraemos más más ¿no? la fuerza gravitacional ¿cuándo atraemos nosotros más al Sol de día o de noche? ¿qué pensáis? pues de día porque estamos ligeramente más cerca ¿no? porque de noche estamos en la otra cara ¿o no? ¿eh? la fuerza gravitacional es inversamente evolucionada por la distancia de día se está más cerca que de noche ¿qué diferencia de distancia? el diámetro de la Tierra pero ¿qué pasa? que esa distancia ese diámetro de la Tierra que son 6400 kilómetros por 2 es mucho más pequeño que la distancia Tierra-Sol y eso es imperceptible es imperceptible ¿no? ¿o no? nosotros no lo apreciamos esa diferencia o sí bueno ¿no? el diámetro es mucho más pequeño y no es perceptible y la siguiente pregunta él dice si todos los planetas tuvieran la misma densidad ¿cómo dependería la gravedad del radio? pues la gravedad ¿qué sabemos que es? g por la masa partido por el radio al cuadrado la masa ¿qué es la masa? la densidad multiplicada por el volumen la masa es la densidad multiplicada por el volumen la densidad por 4 tercios de pi R cubo eso es el volumen de una esfera si nosotros queremos ver la relación que tiene ¿no? con el radio nos damos cuenta que al sustituirme queda que la gravedad ¿no? depende de que es directamente proporcional al radio porque un R cubo un R cubo y un R cuadrado me queda una R en el numerador ¿lo veis? entonces ¿qué puedo decir? que si todos los planetas tuvieran la misma densidad la gravedad sería directamente proporcional a su radio a doble radio doble gravedad ¿de acuerdo? bien y por último voy a ver este archivo que son a ver si lo he puesto a ver este no es problemas de gravitación aquí bueno este archivo ya veremos como comentaré las cuestiones en otro momento porque no hemos dado bonito armónico simple ni ondas ¿eh? aunque lo podréis descargar dice aquí ¿qué velocidad esto que hay un problema un año? dice ¿qué velocidad orbital debe tener un satélite para describir una órbita circular de 840 kilómetros sobre la superficie del planeta? pues ya veis es aplicar la segunda ley de Newton f igual a m por a sub n la fuerza gravitatoria es g mtm partido de R cuadrado m y m se van ¿no? es la masa del satélite entonces la velocidad ¿no? la velocidad que tiene el satélite hay que sustituir la R por RT más H mucho cuidado no ponerlo en kilómetros que hay gente que no pasa metros ¿eh? y hay que buscar como esto es una P tenéis que buscar vosotros en el libro el valor de la constante de la variación universal y la masa y la masa de la tierra ¿vale? y a partir de aquí sale estos metros por segundo que normalmente estas velocidades se suelen dar en kilómetros por segundo porque las velocidades de los de los planetas de las órbitas normalmente son kilómetros por segundo del orden de los kilómetros kilómetros por segundo ¿eh? cinco kilómetros diez kilómetros siete kilómetros ocho kilómetros y el otro problema que tal estos son unas cuestiones ay perdón decía aquí un objeto en órbita alrededor del planeta tierra describe una órbita circular que describe quince veces ¿no? que describe quince veces al día ¿a qué altura se encuentra? ahora es al revés ahora me da el periodo y me dice que da en un día quince vueltas ¿cuál es el periodo? si es el tiempo en dar una vuelta ¿no? si yo sé que da quince vueltas en un día si yo divido un día partido quince vueltas tendré el tiempo en dar una vuelta cuidado ¿eh? que tiene su truquito este denunciado ¿eh? pero yo el periodo no lo puedo poner en días lo tengo que poner en segundos un día veinticuatro horas una hora tres mil seiscientos segundos mi periodo es cinco coma setenta y seis por diez elevado a tres ¿y qué fórmula utilizaré? pues esa que hemos deducido al principio de la tercera ley de Kepler ¿no? que relacionamos el periodo con el radio de la órbita ¿eh? con el radio de la órbita ¿vale? de manera que el periodo lo pondré en segundos ¿no? la masa de la tierra la buscaré la sustituiré y el radio aquí está es un poco engorroso lo veis ¿no? pero no me puedo quedar ahí no me puedo quedar con el radio de la órbita porque me pide la altura hay gente que ya da este resultado me pide la altura a la cual está orbitando pero sabemos que R es RT más H luego H es R menos RT restamos el radio de la tierra y a partir de aquí pues ya tenemos la altura a la cual está orbitando este satélite ¿no? si lo damos en metros pues del orden de los 500 kilómetros pues es algo habitual muy bien pues hasta aquí hemos llegado ¿no? yo suelo deciros que a ver que la PET la tenéis a partir del día 6 yo voy a facilitaros material de los temas que faltan que es armónico simple y ondas en el foro de tutoría ¿vale? lo voy a hacer os dejo un poco de ingerir esto además hay prácticas de física este fin de semana así que tampoco quiero olvidaros y a partir de la semana que viene os lo pasaré ¿eh? que tenéis un par de grabaciones que os voy a dar y tenéis aquí estos ejercicios las cuestiones etcétera y estamos en contacto venga muy bien pues muchas gracias la próxima mañana es de cuatro a nueve o de cuatro a ocho