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Velocidad de escape.

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  • 1r ciclo Velocidad de escape.

    Hola,
    El otro día estaba resolviendo un problema básico de calcular la velocidad de escape de una nave que se lanza desde la Tierra para que abandone el sistema solar, y estaba planteado de tal forma que había que tener en cuenta solamente la atracción gravitatoria de la Tierra y del Sol. Sin embargo, también pedía que tuviera en cuenta la velocidad de traslación de la Tierra.
    Se me plantearon dos formas de resolverlo:
    1ª: al igualar las energía cinética de escape con la potencial(teniendo en cuenta tanto la Tierra como el Sol), restarle a esta la energía cinética que ya tiene la nave por la traslación de la Tierra (y se montaba una raíz enoorme)
    2ª: hacer el cálculo de la velocidad de escape simplemente teniendo en cuenta la energía potencial y luego restarle a la velocidad de escape resultante la velocidad de traslación de la Tierra para calcular la velocidad relativa Nave-Tierra.
    Los resultados de los dos métodos eran bastante dispares: para el primero v=31600m/s; para el segundo v=43500m/s (la velocidad relativa sería 13700 m/s)


    En el primer curso nos enseñan que para calcular esta velocidad de escape basta con igualar la energía cinética que hay que suministrar al objeto con la menos energía potencial que tiene este, y ya está. Pues bien, me ha surgido una duda bastante importante: ¿no debería tenerse en cuenta la energía cinética que ya lleva el cuerpo? Porque, si bien es cierto que no se mueve con respecto a la Tierra, sí que se está moviendo a fin de cuentas con la traslación y rotación de esta, de modo que, por fuerza, la nave ya tiene una energía cinética, por lo que la igualdad que antes se mencionaba debería ser: energía cinética que hay que suministrar a la nave para que escape igual a la menos energía potencial que tiene en la superficie meeeeenos la energía cinética que ya posee. Mi pregunta es, ¿por qué esto no es así, por qué no se tiene en cuenta la energía cinética de la nave?

  • #2
    Re: Velocidad de escape.

    Quizá convenga volver al concepto: la velocidad de escape es la mínima que debe poseer un cuerpo para alcanzar el infinito. Como dicho mínimo se corresponde con una energía cinética nula en el infinito, si, como de costumbre, ponemos el cero de la energía potencial en el infinito, la velocidad de escape es la que pertenece a las trayectorias de energía mecánica nula. De ahí que su cálculo se realice para cada punto, como dices, igualando la energía cinética con el opuesto de la energía potencial.

    En consecuencia, la velocidad de escape no depende del estado de movimiento previo del cuerpo.

    Otra cosa diferente es preguntarse qué cantidad de energía debe aportarse para alcanzar ese estado, en cuyo caso a la energía cinética anterior hay que restar la previa, o preguntarse cómo se traduce la velocidad de escape en velocidad relativa respecto del estado previo del objeto.
    A mi amigo, a quien todo debo.

    Comentario


    • #3
      Re: Velocidad de escape.

      \approxAhh vale vale. Ya lo entiendo. Por cierto, es casualidad que la suma de la velocidad relativa nave-Tierra más la velocidad de escape calculada teniendo en cuenta la velocidad de traslación sea, más o menos, igual a la velocidad de escape total (13700+ 31600 =45300\approx 43500)?

      Comentario


      • #4
        Re: Velocidad de escape.

        Hola,
        supongo que para calcularlo tendrás que ver la velocidad orbital de la Tierra, esa misma corresponderá a la velocidad a la que se mueve la nave alrededor del sol, luego calcula la velocidad de escape a esa distancia del sol, una vez hecho eso calcula la velocidad necesaria de la nave para adquirir dicha velocidad teniendo en cuenta la velocidad de la Tierra (se trata de una órbita elíptica por lo que depende del punto).
        Haciendo los cálculos obtengo:

        La excentricidad de la órbita terrestre es muy pequeña (0,016 aprox) por lo que voy a tratarlo aproximadamente como una circunferencia, la distancia promedio al sol es de 149 millones de kilómetros y la masa solar es kg por lo que la velocidad de escape será:

        Como el cuerpo llega con velocidad cero a un punto infinito, la energía cinética será nula y también la potencial, por la conservación de la energía tenemos

        Como
        entonces


        Despejando v sale

        Ahora calculamos la velocidad de escape necesaria para el sol a una distancia de 149 millones de kilómetros más el radio solar y da 42101 m/s
        Ahora calculamos la velocidad media de la Tierra (se trata de una órbita elíptica pero la consideramos como una circunferencia por lo que su velocidad real será muy aproximada)
        Como sabemos la velocidad orbital viene dada por

        sustituyendo obtenemos que la velocidad aprox de la Tierra es 29770,51982 m/s que es la velocidad de la nave alrededor del sol, entonces la velocidad que ha de alcanzar la nave para escapar del sol será
        42101 m/s - 29770,51827 m/s=12330,48173 m/s=12,33048173 km/s
        Y esa será la velocidad aproximada que tiene que alcanzar la nave para escapar del sistema solar.

        Saludos,
        Malevolex
        Última edición por Malevolex; 25/01/2015, 17:07:54. Motivo: Precisar datos

        Comentario


        • #5
          Re: Velocidad de escape.

          Malevolex: el ejercicio habla de tomar en consideración la gravitación conjunta de la Tierra y el Sol, de manera que , siendo el radio de la Tierra y el radio orbital terrestre. Por tanto, el valor es un poco más alto que el que calculaste (43,8 km/s). Si se prescinde de la rotación de la Tierra y el lanzamiento se hace adecuadamente, es decir, en la misma dirección y sentido en que se mueve la Tierra, se corresponde con una velocidad relativa a ésta de 14 km/s. Con la rotación terrestre, y lanzando desde el ecuador, esta cifra baja unos 0,5 km/s.

          Escrito por Edunpardo Ver mensaje
          es casualidad que la suma de la velocidad relativa nave-Tierra más la velocidad de escape calculada teniendo en cuenta la velocidad de traslación sea, más o menos, igual a la velocidad de escape total (13700+ 31600 =45300\approx 43500)?
          No entiendo de dónde sacas esos valores. ¿A qué llamas velocidad de escape calculada teniendo en cuenta la velocidad de traslación?
          A mi amigo, a quien todo debo.

          Comentario


          • #6
            Re: Velocidad de escape.

            Me gustaría añadir, Malevolex, que el poner muchos decimales no implica que tu cálculo sea mejor. Lo digo por ahorrarte trabajo.

            Saludos.
            'Como físico, no temo a la muerte, temo al tiempo.'
            'Bene curris, sed extra vium.'
            'Per aspera ad astra.'

            Comentario


            • #7
              Re: Velocidad de escape.

              Escrito por arivasm Ver mensaje
              , siendo el radio de la Tierra y el radio orbital terrestre
              ¿Cuándo uno se refiere al radio orbital terrestre hace referencia a la distancia de la Tierra al Sol más el radio solar?

              Pd: respecto a los decimales cuánto más preciso mejor.
              Última edición por Malevolex; 25/01/2015, 22:06:36.

              Comentario


              • #8
                Re: Velocidad de escape.

                Escrito por Malevolex Ver mensaje
                Pd: respecto a los decimales cuánto más preciso mejor.
                Precisión no significa exactitud
                'Como físico, no temo a la muerte, temo al tiempo.'
                'Bene curris, sed extra vium.'
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                Comentario


                • #9
                  Re: Velocidad de escape.

                  Escrito por gdonoso94 Ver mensaje
                  Precisión no significa exactitud
                  No he dicho lo contrario pero cuánto más cerca sea del valor real mejor.

                  Comentario


                  • #10
                    Re: Velocidad de escape.

                    Escrito por Malevolex Ver mensaje
                    ¿Cuándo uno se refiere al radio orbital terrestre hace referencia a la distancia de la Tierra al Sol más el radio solar?
                    No. Es el radio de la órbita, es decir, la distancia entre centros. Tengamos presente, y esto vendrá bien para conectar con la siguiente cuestión, que 695 800 km (que es el radio del Sol) es perfectamente despreciable frente a 150 millones de km, lo que significa que podemos considerar ambos cuerpos como puntuales. De todos modos, recordemos que para una masa esférica (me refiero al Sol) el campo gravitatorio que origina es el mismo que originaría si toda su masa se concentrase en su centro.

                    Por supuesto, alguien podrá decir que el Sol no es esférico. Como antes, a 150 millones de km la perturbación que ello pueda añadir a la aproximación de masa esférica es totalmente irrelevante.

                    Escrito por Malevolex Ver mensaje
                    Pd: respecto a los decimales cuánto más preciso mejor.
                    No. En un cálculo intermedio siempre conviene mantener el mayor número posible de cifras. Pero en un resultado final siempre se debe tomar en consideración el número de cifras significativas de los datos que se empleen. No tiene sentido decir, por ejemplo, que un cubo de 1,3 cm de lado tiene un volumen de 2,197 cm³, por mucho que la calculadora arroje esa cifra: si nuestro dato tiene dos cifras significativas no deberíamos dar más de dos cifras en el resultado (2,2 cm³) pues no podemos garantizar la siguiente.

                    En el cálculo de la velocidad de escape el dato menos preciso es la distancia al Sol, al menos si manejamos como aproximación una órbita circular, pues estaremos aproximando una magnitud que oscila entre 147 y 152 millones de km: aunque pongamos en nuestra ecuación r = 149 597 870 691 m el resultado debería expresarse con 2 cifras, o como mucho 3.
                    Última edición por arivasm; 25/01/2015, 22:38:17.
                    A mi amigo, a quien todo debo.

                    Comentario


                    • #11
                      Re: Velocidad de escape.

                      Escrito por Malevolex Ver mensaje
                      No he dicho lo contrario pero cuánto más cerca sea del valor real mejor.
                      La exactitud es cuanto más cerca está del valor real.
                      'Como físico, no temo a la muerte, temo al tiempo.'
                      'Bene curris, sed extra vium.'
                      'Per aspera ad astra.'

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