Dos masas de 2 y 4 kg se sitúan en los puntos A(2,0) m y B(0,3) m, respectivamente.
b) i) Determine el campo y el potencial gravitatorio en el origen de coordenadas.ii) Calcule el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria para trasladar una tercera masa de 1 kg desde el origen de coordenadas hasta el punto C(2,3) m.
Dato: G=6,67⋅10−11 N⋅m2⋅kg−2
Principio de superposiciónCampo gravitatorioPotencial gravitatorio+1
b) i) Determinación del campo y el potencial gravitatorio en el origen de coordenadas.
Las masas son m1=2 kg en A(2,0) m y m2=4 kg en B(0,3) m. El origen de coordenadas es O(0,0) m. La constante de gravitación universal es G=6,67⋅10−11 N⋅m2⋅kg−2.Las distancias de las masas al origen son:
r1=(0−2)2+(0−0)2=(−2)2=2 m
r2=(0−0)2+(0−3)2=(−3)2=3 m
El campo gravitatorio en un punto debido a una masa puntual se calcula como g=−Gr2mu^r, donde u^r es el vector unitario que apunta desde la masa al punto. Para el origen, los vectores de posición desde las masas son:
r1O=(0−2)i^+(0−0)j^=−2i^⇒u^1O=−i^
r2O=(0−0)i^+(0−3)j^=−3j^⇒u^2O=−j^
El campo gravitatorio debido a m1 en el origen es:
El potencial gravitatorio en un punto debido a una masa puntual se calcula como V=−Grm. El potencial total es la suma escalar de los potenciales individuales.
b) ii) Cálculo del trabajo realizado por la fuerza gravitatoria para trasladar una tercera masa de 1 kg desde el origen de coordenadas hasta el punto C(2,3) m.
El trabajo realizado por la fuerza gravitatoria para trasladar una masa m3 desde un punto O a un punto C se calcula como WOC=m3(VO−VC).Ya hemos calculado VO=−1,5563⋅10−10 J⋅kg−1. Ahora calculamos el potencial en el punto C(2,3) m.Las distancias de las masas al punto C son: