Autor Tema: Ecuación diferencial cohete

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29 Noviembre, 2021, 04:19 am
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crishchess

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Hola tengo dudas con este ejercicio

Un cohete se lanza verticalmente hacia arriba desde el nivel del suelo con una velocidad inicial \( v_0 \). Ver figura Si la dirección positiva se toma hacia arriba, entonces cuando no hay resistencia del aire, la ecuación diferencial para la velocidad y después del momento de ignición es

                                                                        \( v\displaystyle\frac{dv}{dy} = - \displaystyle\frac{k}{y^2} \)

donde \( k \) es constatante positiva

a) Resuelva la ecuación diferencial.

b) Si \( k = gR^2 \) y \( g = 32 \) \( [pies/s^2] \),\(  R = 4 000 \) \( [mi] \), use una calculadora para demostrar que la “velocidad de escape” de un cohete es aproximadamente \( v_0 = 25 000 \) \( [mi/h] \).



Lo que he hecho:

Para la parte a

\( v\displaystyle\frac{dv}{dy} = - \displaystyle\frac{k}{y^2} \)

\( vdv = - \displaystyle\frac{k}{y^2}dy  \)

- Integrando

\( \displaystyle\int_{}^{} vdv = \displaystyle\int_{}^{}  - \displaystyle\frac{k}{y^2}dy  \)

\( \displaystyle\int_{}^{} vdv = -k \displaystyle\int_{}^{}  y^{-2}dy  \)

\( \displaystyle\frac{v^2}{2} = \displaystyle\frac{k}{y} + c \)

Finalmente despejando \( v \)

\( v(y) = \sqrt[ ]{\displaystyle\frac{2k}{y}} + c \)

Tengo dudas en como encontrar \( c \) ya que dice que se lanza verticalmente hacia arriba desde el nivel del suelo con una velocidad inicial \( v_0 \).

Eso quiere decir que \( v=v_0 \) e \( y=0 \) pero el \( y \) esta en el denominador entonces se indefine.

Y para la parte b ¿es solo reemplazar en \( v(y) \)?

Muchas gracias

29 Noviembre, 2021, 06:56 am
Respuesta #1

delmar

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Hola

Es que la velocidad es \( v_0 \) cuando y=R es decir el radio de la tierra

Saludos

29 Noviembre, 2021, 11:14 am
Respuesta #2

Richard R Richard

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Hola distintas variantes de este tipo de problemas ,la explicación física y la resolución matemática, los puedes encontrar aquí.
https://foro.rinconmatematico.com/index.php?topic=116274.0



Este caso es muy sencillo la masa del cohete no varía, parte de y=R_T radio de la tierra.


La velocidad de escape surge de  igualar la energía mecánica del cohete a 0 pues esa  es la energía que tendrá en el infinito


\( \dfrac12mv_0^2-\dfrac{mM_TG}{R_T}=0 \)


Y sabes que \( g=\dfrac{GM_T}{R_T^2} \)


Para tu ED sería calcular la integral cuando los límites son el radio de la tierra e infinito.


Saludos



Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

29 Noviembre, 2021, 12:28 pm
Respuesta #3

Abdulai

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........
\( \displaystyle\frac{v^2}{2} = \displaystyle\frac{k}{y} + c \)

Finalmente despejando \( v \)

\( v(y) = \sqrt[ ]{\displaystyle\frac{2k}{y}} + c \)
......

Ojo que ahi tenés un Freshman's dream.

Es:  \( v(y) = \sqrt{\displaystyle\frac{2k}{y}+c} \)

29 Noviembre, 2021, 01:03 pm
Respuesta #4

crishchess

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Muchas gracias a todos. Y a comprendí mi error.


Saludos