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Campo y potencial gravitatorio
Teoría
2022 · Ordinaria · Titular
A2-a
Examen

En una determinada región del espacio existen dos puntos A y B en los que el potencial gravitatorio es el mismo.

a) i) ¿Podemos concluir que los campos gravitatorios en A y en B son iguales?ii) ¿Cuál sería el trabajo realizado por el campo gravitatorio al desplazar una masa mm desde A hasta B?
Potencial gravitatorioCampo gravitatorioTrabajo
a) i) ¿Podemos concluir que los campos gravitatorios en A y en B son iguales?

No, no podemos concluir que los campos gravitatorios en A y en B sean iguales. El potencial gravitatorio (VV) es una magnitud escalar, mientras que el campo gravitatorio (g\vec{g}) es una magnitud vectorial. Aunque el potencial sea el mismo en dos puntos, las direcciones del campo gravitatorio pueden ser diferentes, lo que implicaría campos gravitatorios distintos.La relación entre el campo gravitatorio y el potencial gravitatorio viene dada por:

g=V\vec{g} = -\nabla V

El gradiente (abla abla) es un operador vectorial que indica cómo cambia una función escalar en el espacio. Por ejemplo, en el caso de un campo gravitatorio creado por una masa puntual M, el potencial en una superficie esférica de radio R alrededor de la masa es constante (V=GM/RV = -GM/R). Sin embargo, el campo gravitatorio g\vec{g} en cualquier punto de esa superficie esférica es un vector que apunta radialmente hacia el centro de la masa M, y su dirección es diferente en cada punto de la superficie.

a) ii) ¿Cuál sería el trabajo realizado por el campo gravitatorio al desplazar una masa mm desde A hasta B?

El trabajo realizado por el campo gravitatorio al desplazar una masa mm desde un punto A hasta un punto B se define como la variación negativa de la energía potencial gravitatoria:

WAB=ΔU=UAUBW_{AB} = -\Delta U = U_A - U_B

La energía potencial gravitatoria (UU) de una masa mm en un punto con potencial gravitatorio VV se relaciona como:

U=mVU = m \cdot V

Sustituyendo esta expresión en la fórmula del trabajo, obtenemos:

WAB=mVAmVB=m(VAVB)W_{AB} = m V_A - m V_B = m (V_A - V_B)

Dado que el enunciado establece que el potencial gravitatorio es el mismo en los puntos A y B, tenemos VA=VBV_A = V_B. Por lo tanto, la diferencia de potencial es cero:

VAVB=0V_A - V_B = 0

Así, el trabajo realizado por el campo gravitatorio es:

WAB=m0=0 JW_{AB} = m \cdot 0 = 0 \text{ J}

El trabajo realizado por el campo gravitatorio al desplazar una masa mm desde A hasta B es cero.