La Gravitación es un tema importante en la prueba de EvAU porque normalmente 4 puntos del examen pertenecen a este tema. De manera un poco general se pueden establecer cuatro tipos de preguntas asociadas a este tema( a veces se pone un apartado de cada tipo en la misma pregunta):
a) Preguntas sobre órbitas circulares: velocidad orbital, período, velocidad necesaria para poner en órbita, energía o velocidad de escape... Aquí hay que tener cuidado porque a veces no quiero que el objeto orbite sino que llegue a determinada altura. Estos cálculos no suelen involucrar vectores, incluso si se piden velocidades se pide el módulo
b) Preguntas sobre fuerza o campo gravitatorio, aquí me pueden pedir la fuerza que experimenta una masa debido a otras u otra y suelen pedir el trabajo necesario para moverse entre dos posiciones de diferente potencial gravitatorio.
c) Preguntas sobre el valor de la gravedad a cierta altura o la relación de gravedades de planetas con distintas condiciones.
d) Órbitas elípticas para aplicar la conservación del momento angular y las Leyes de Kepler derivadas de ello. Las leyes de Kepler dicen:
Los planetas se mueven en torno al Sol en órbitas planas elípticas, teniendo al Sol en uno de sus focos.
El "radiovector" que une el Sol con los Planetas barre áreas iguales en tiempos iguales. Es decir que la velocidad areolar es constante.*
Tercera ley de Kepler: Esta ley que se deduce a partir de la "Condición de Órbita" para órbitas circulares es la misma con tal de sustituir el radio por la distancia media ( semieje mayor de la elipse)*
Una cosa importante en este tema es tener claro lo que es un vector y lo que es un número. Los números pueden ser negativos, positivos e incluso cero. El cero es mayor que todos los números negativos, que crecen de izquierda a derecha. La mayor energía potencial gravitatoria se consigue en el infinito (suficientemente lejos) en el que vale 0. En el resto de posiciones esa energía negativa sería como una especie de pozo en el que se encuentra una masa sometida a la acción de otra y que para remontarlo hay que adquirir suficiente energía para que la Energía Mecánica total valga cero ( Condición de escape).
Que la Ley de Gravitación Universal de Newton incorpore en su formulación un signo menos , me habla de que las masas ejercen fuerzas atractivas pero no me habla de la magnitud de la fuerza. Los vectores se caracterizan con unitarios y signos en función de cómo elija el sistema de referencia. El vector unitario que aparece en esta ley es un vector que apunta en la dirección que une los dos centros de las masas.
En esta expresión de la 2ª Ley de Kepler el lado derecho es constante por la Conservación del Momento Angular. Si hubiera que calcular el área barrida se hacia la integral entre los valores temporales que nos den y simplemente habría que multiplicar el factor de la derecha por la diferencia temporal que me den.
En una órbita elíptica el punto más cercano entre el planeta y el Sol se llama PERIHELIO y el punto más lejano AFELIO. Se pueden comparar distancias medias y períodos utulizando la primera parte de la ley de Kepler pues el período al cuadrado entre la distancia media al cubo debe de ser constante para cualquier cosa que orbite en torno al Sol.
En esta pregunta tienes que aplicar las Leyes de Kepler y en este caso el apartado 2 es bastante más lioso que el primero. Hay que despejar bien, sustituir los valores en la calculadora y poner los paréntesis pertinentes para no equivocarse. En Física siempre aguantamos con las letras hasta la expresión final pero si ves que te lías mucho puedes ir poniendo los valores para que te sea más fácil despejar. Con esto perdemos algunos decimales, pero si lo haces bien no pasa nada. En el ejercicio decido despejar la velocidad en el perihelio al cuadrado menos la del afelio porque así me sale positiva la diferencia y me quito de problemas con la calculadora.
En esta pregunta te pide el cálculo de g a baja altura en comparación con el radio del planeta y podemos utilizar la conocida fórmula del M.R.U.A. Después, aplicamos la fórmula de la gravedad para despejar la masa y en el segundo apartado utilizamos la condición de escape (Energía Mecánica igual a cero) para calcular la velocidad de escape y posteriormente el "Principio de Conservación de la Energía" para calcular la velocidad que me piden, "suficientemente lejos" del planeta.
En este vídeo se explica como resolver el ejercicio modelo de gravitación del año 23-24. Está en pdf. El vídeo es solo si hay alguna duda.
Este vídeo es importante verlo porque incluye el caso de que dos campos gravitatorios ( en este caso el de la Tierra y la Luna ) se cancelen en algún punto y como establecer las ecuaciones y discutir las soluciones.