b) Un satélite de masa 2⋅103 kg describe una órbita circular de 5500 km en torno a la Tierra. Calcule: (i) La velocidad orbital; (ii) la velocidad con que llegaría a la superficie terrestre si se dejara caer desde esa altura con velocidad inicial nula.
Datos: G=6,67⋅10−11 N⋅m2⋅kg−2;MT=5,98⋅1024 kg;RT=6370 km
Energía mecánicaVelocidad de impacto
Satélite en órbita circular
El radio orbital es la suma del radio terrestre más la altitud del satélite:
r=RT+h=6370 km+5500 km=11870 km=1,187⋅107 m
(i) Velocidad orbital
Para una órbita circular, la fuerza gravitatoria proporciona la fuerza centrípeta:
r2GMTm=rmv2⟹v=rGMT
Sustituyendo valores:
v=1,187⋅1076,67⋅10−11×5,98⋅1024
v=1,187⋅1073,989⋅1014=3,361⋅107
v≈5797 m/s≈5,80 km/s
(ii) Velocidad al llegar a la superficie terrestre (caída libre desde h = 5500 km)
Se aplica conservación de la energía mecánica entre la posición inicial (a distancia r del centro, con velocidad inicial nula) y la superficie terrestre (a distancia RT):