Autor Tema: Ejercicio de densidad a partir de la aceleracion y radio

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05 Julio, 2021, 06:09 pm
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Daff

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- La aceleración de la gravedad en la superficie de un asteroide es de 7,30 X 10-3 m/s2
. Si su radio es de 10,0
km, ¿cuál es su densidad media? (Se supone que el asteroide es esférico).

05 Julio, 2021, 11:01 pm
Respuesta #1

martiniano

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Hola.

Calcula la masa del planeta a partir de la ley de gravitación y su volumen considerándolo esférico. Luego divide ambos resultados y listo.

Un saludo.

06 Julio, 2021, 03:10 am
Respuesta #2

delmar

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Hola

Una ayuda más la ley de la gravitación universal implica : \( F=G\displaystyle\frac{mM_a}{r^2} \) donde \( F \) es el módulo de la fuerza con la que se atraen una masa m y el asteroide con masa \( M_a \) tal que la distancia entre el centro del asteroide y la masa m es r, evidentemente la aceleración es \( a=\displaystyle\frac{F}{m}=G\displaystyle\frac{M_a}{r^2} \) en este caso se esta considerando la aceleración de los objetos en la superficie del asteroide es decir cuando \( r=10000 \) m en consecuencia se puede obtener \( M_a \) y luego considerando que el volumen es \( V=\displaystyle\frac{4}{3}\pi (10000)^3 \) se halla la densidad \( M_a/V \)



Saludos

EDITADO por sugerencia de Richard R Richard

06 Julio, 2021, 03:56 am
Respuesta #3

Richard R Richard

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Hola Delmar has dejado de escribir la constante universal de la gravitación en tu primer fórmula por alguna razón?
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

06 Julio, 2021, 05:41 am
Respuesta #4

delmar

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Si Richard R Richard me olvide de la constante de la Gravitacion universal, gracias por estar atento
Un saludo

06 Julio, 2021, 11:07 am
Respuesta #5

feriva

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- La aceleración de la gravedad en la superficie de un asteroide es de 7,30 X 10-3 m/s2
. Si su radio es de 10,0
km, ¿cuál es su densidad media? (Se supone que el asteroide es esférico).

Esto es una cosa mía que no viene en los libros (pero al final sale lo mismo que te han dicho).

Spoiler

La aceleración sobre la superficie de un cuerpo esférico es

\( \dfrac{MG}{R^{2}}=g
  \) (considero unidades en SI \( m/s^{2}
  \))

Donde “M” es la masa del cuerpo, G la constante de gravitación y R el radio del cuerpo.

Así, por ejemplo, tenemos que si la masa de la Tierra es \( 5,97\times10^{24}
  \) y su radio \( 6,37\times10^{6}
  \), tomando G como \( 6,67^{-11}
  \), nos da

\( \dfrac{(5,97\times10^{24})\cdot(6,67\times10^{-11})}{(6,37\times10^{6})^{2}}=9,813...
  \)

Las unidades físicas, “u”, de la constante G, despejando de aquí

\( \dfrac{kg\cdot u}{m^{2}}=\dfrac{m}{s^{2}}
  \)

son

\( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \).

Y observamos que \( \dfrac{m^{3}}{kg}
  \) son las unidades de la inversa de la densidad, volumen partido de masa.

Analizando un poco, y teniendo en cuenta que esas unidades van a asociadas al radio y la masa del cuerpo, se ve que la cuenta correspondiente a la magnitud de tiempo \( t
  \) según \( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \), es

\( \dfrac{MG}{R^{2}}=\dfrac{v_{e}}{t_{e}}
  \); donde \( v_{e}
  \) es la velocidad de escape del cuerpo y “t sub e” el tiempo ya dicho.

Por tanto, despejando el tiempo y poniendo la velocidad en función de M, R y G

\( \dfrac{MG}{R^{2}}=\dfrac{\sqrt{2\cdot R\cdot\dfrac{MG}{R^{2}}}}{t_{e}}
  \)

tenemos

\( t_{e}=R^{2}\cdot\dfrac{\sqrt{2\cdot R\cdot\dfrac{MG}{R^{2}}}}{MG}
  \); es decir: \( t_{e}=\sqrt{\dfrac{2R^{3}}{MG}}
  \).

De donde \( \dfrac{1}{t_{e}^{2}}=\dfrac{MG}{2R^{3}}
  \); o también \( \dfrac{1}{t_{e}^{2}}=\dfrac{g}{2R}
  \)

Entonces, si teníamos que las unidades físicas de G eran \( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \) (inversa de densidad por inversa de tiempo al cuadrado) sustituyendo por la expresión de la inversa de la densidad del cuerpo, en función de la masa y su volumen, y por la expresión de dicho tiempo, tendremos

\( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}
  \) (en unidades \( \dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \)) implica:

\( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}=\dfrac{1}{(\dfrac{3M}{4\pi R^{3}})}\dfrac{MG}{2R^{3}}
  \); es decir \( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}=\dfrac{2\pi}{3}\dfrac{G}{}
  \) (donde rho es la densidad).

La densidad por el cuadrado de ese tiempo es constante para todos los cuerpos; y a esa constante la llamé “ñ”

\( \tilde{n}=\rho t^{2}=\dfrac{3}{2\pi G}=7,16\times10^{9}
  \)
[cerrar]

Recordando esa constante de memoria y la fórmula de su tiempo asociado, es tan sencillo como tener en cuenta

\( \tilde{n}=\rho t_{e}^{2}\thickapprox7,16\times10^{9}
  \) con \( t_{e}^{2}=\dfrac{2R}{g}
  \).

Spoiler

*Esto funciona en cualquier ejercicio de física escolar porque ya se ve que, sustituyendo en las expresiones conocidas, es correcto, es lo que es, no hay nada nuevo.

Sin embargo, no sé si debe de considerarse así del todo según la físca actual, ya que, ese \( t_e \) coincide, en esa misma forma con el tiempo de expansión del Universo en sus inicios (según el primer modelo cosmológico) el cual obviamente es variable; y si es variable, o la densidad o G, una de las dos, no puede ser constante.

[cerrar]

Saludos.

06 Julio, 2021, 06:24 pm
Respuesta #6

Richard R Richard

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- La aceleración de la gravedad en la superficie de un asteroide es de 7,30 X 10-3 m/s2
. Si su radio es de 10,0
km, ¿cuál es su densidad media? (Se supone que el asteroide es esférico).

Esto es una cosa mía que no viene en los libros (pero al final sale lo mismo que te han dicho).

Spoiler

La aceleración sobre la superficie de un cuerpo esférico es

\( \dfrac{MG}{R^{2}}=g
  \) (considero unidades en SI \( m/s^{2}
  \))

Donde “M” es la masa del cuerpo, G la constante de gravitación y R el radio del cuerpo.

Así, por ejemplo, tenemos que si la masa de la Tierra es \( 5,97\times10^{24}
  \) y su radio \( 6,37\times10^{6}
  \), tomando G como \( 6,67^{-11}
  \), nos da

\( \dfrac{(5,97\times10^{24})\cdot(6,67\times10^{-11})}{(6,37\times10^{6})^{2}}=9,813...
  \)

Las unidades físicas, “u”, de la constante G, despejando de aquí

\( \dfrac{kg\cdot u}{m^{2}}=\dfrac{m}{s^{2}}
  \)

son

\( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \).

Y observamos que \( \dfrac{m^{3}}{kg}
  \) son las unidades de la inversa de la densidad, volumen partido de masa.

Analizando un poco, y teniendo en cuenta que esas unidades van a asociadas al radio y la masa del cuerpo, se ve que la cuenta correspondiente a la magnitud de tiempo \( t
  \) según \( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \), es

[tex]\dfrac{MG}{R^{2}}=\dfrac{v_{e}}{t_{e}}


 ; donde \( v_{e}
  \) es la velocidad de escape del cuerpo y “t sub e” el tiempo ya dicho.

Por tanto, despejando el tiempo y poniendo la velocidad en función de M, R y G

\( \dfrac{MG}{R^{2}}=\dfrac{\sqrt{2\cdot R\cdot\dfrac{MG}{R^{2}}}}{t_{e}}
  \)

tenemos

\( t_{e}=R^{2}\cdot\dfrac{\sqrt{2\cdot R\cdot\dfrac{MG}{R^{2}}}}{MG}
  \); es decir: \( t_{e}=\sqrt{\dfrac{2R^{3}}{MG}}
  \).

De donde \( \dfrac{1}{t_{e}^{2}}=\dfrac{MG}{2R^{3}}
  \); o también \( \dfrac{1}{t_{e}^{2}}=\dfrac{g}{2R}
  \)

Entonces, si teníamos que las unidades físicas de G eran \( u=\dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \) (inversa de densidad por inversa de tiempo al cuadrado) sustituyendo por la expresión de la inversa de la densidad del cuerpo, en función de la masa y su volumen, y por la expresión de dicho tiempo, tendremos

\( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}
  \) (en unidades \( \dfrac{m^{3}}{kg}\cdot\dfrac{1}{s^{2}}
  \)) implica:

\( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}=\dfrac{1}{(\dfrac{3M}{4\pi R^{3}})}\dfrac{MG}{2R^{3}}
  \); es decir \( \dfrac{1}{\rho t_{e}^{2}}=\dfrac{2\pi}{3}\dfrac{G}{}
  \) (donde rho es la densidad).

La densidad por el cuadrado de ese tiempo es constante para todos los cuerpos; y a esa constante la llamé “ñ”

\( \tilde{n}=\rho t^{2}=\dfrac{3}{2\pi G}=7,16\times10^{9}
  \)
[cerrar]


Recordando esa constante de memoria y la fórmula de su tiempo asociado, es tan sencillo como tener en cuenta

\( \tilde{n}=\rho t_{e}^{2}\thickapprox7,16\times10^{9}
  \) con \( t_{e}^{2}=\dfrac{2R}{g}
  \).

Spoiler


*Esto funciona en cualquier ejercicio de física escolar porque ya se ve que, sustituyendo en las expresiones conocidas, es correcto, es lo que es, no hay nada nuevo.

Sin embargo, no sé si debe de considerarse así del todo según la físca actual, ya que, ese \( t_e \) coincide, en esa misma forma con el tiempo de expansión del Universo en sus inicios (según el primer modelo cosmológico) el cual obviamente es variable; y si es variable, o la densidad o G, una de las dos, no puede ser constante.

[cerrar]


Saludos.



Hasta donde he dejado en negro, esta correcto, pero lo que sigue no esta muy claro el sustento científico ,(o no te he entendido para nada) la velocidad de escape es una función del radio en el cual evalúas el potencial gravitatorio, y g tambien lo es , como son funciones del radio , el tiempo no puede ser lineal, ya hemos hablado en el foro de como integrar ese tiempo entre dos alturas dadas, en caída libre...
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

06 Julio, 2021, 06:27 pm
Respuesta #7

Daff

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Gracias a todos porque estaba trabada en ese ejercicio y ahora lo capte

06 Julio, 2021, 09:57 pm
Respuesta #8

feriva

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Hasta donde he dejado en negro, esta correcto, pero lo que sigue no esta muy claro el sustento científico ,(o no te he entendido para nada) la velocidad de escape es una función del radio en el cual evalúas el potencial gravitatorio, y g tambien lo es , como son funciones del radio , el tiempo no puede ser lineal, ya hemos hablado en el foro de como integrar ese tiempo entre dos alturas dadas, en caída libre...

Simplemente digo que si la velocidad de escape viene dada por la expresión \( \sqrt{2gR}
  \), entonces existe una expresión a la que llamo \( t_{e}=\sqrt{\dfrac{2R}{g}}
  \), tal que \( g=\dfrac{v_{e}}{t_{e}}
  \).

No es más que esto:

\( \sqrt{\dfrac{2Rg}{(\dfrac{2R}{g})}}=\sqrt{g^{2}}=g
  \)

...

Como \( G^{-1}
  \) viene dada en unidades de densidad por segundo al cuadrado, la pregunta que yo me hice en su día fue que, si la densidad fuera la del cuerpo (siendo un cuerpo esférico o aproximadamente) escrita en función de su masa y su volumen, cuál tendría que ser la expresión para el tiempo; no escrito así, \( s^{2}
  \), como unidades, sino también como una cuenta donde entrase el radio o lo que fuera (no sabía todavía) Y, sustituyendo cosas y tal, vi que era esto \( t^{2}=\dfrac{2R}{g}=\dfrac{2R^{3}}{MG}
  \).

Ocurre que este “tiempo” visto en un ejercicio normal no es un tiempo, no corre, es constante; pero está en unidades de tiempo y es la expresión que funciona si buscamos dar sentido a las unidades (obligando a que la densidad sea la del cuerpo).

La cosa también vino del modelo cosmológico.

Yo lo tengo explicado en un libro que se llama “Cómo explotó el Universo”, de Nóvikov.

En la página 85 considera el primer momento de la expansión y la velocidad de expansión en ese instante; y escribe esta fórmula

\( v=\sqrt{\dfrac{2GM}{R}+A}
  \).

Donde dice que “A” es un valor que se opone al del otro sumando, es negativo (según él, y según el modelo de Friedmann) y que, al principio, era mucho menor, con lo cual se puede despreciar y queda simplemente así

\( v=\sqrt{\dfrac{2GM}{R}}
  \).

Como ves, dejando aparte que se trata del Universo en expansión y el radio es variable y tal, la fórmula coincide con la de la velocidad de escape; lo que es la forma.

Y ahí sí tiene sentido el tiempo \( t=\sqrt{\dfrac{2R^{3}}{MG}}
  \), porque es variable, como el radio del cuerpo en este caso.

Ahora, claro, si se piensa que el Universo, como una masa, se expande sin que, sin embargo, la masa que lo conforma se expanda (tal como se considera) no tiene sentido aplicar esta idea a un cuerpo celeste. Pero en otra teoría sí podría tenerlo; si se considerase que la materia también se expande (lo cual no sería verificable).

En cualquier caso, no importa, basta no darle sentido como "tiempo" si quieres, es una expresión, simplemente. Y esa constante existe y funciona, nada más, sin darle más vueltas.

Saludos.