Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i...
Transcript of Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i...
![Page 1: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/1.jpg)
Tema 6 i 7 del vostre llibre de text
![Page 2: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/2.jpg)
ÍÍNDEXNDEX
6.0. Repàs de matemàtiques: Vectors i vectors unitaris
6.3. Lleis de Kepler i llei de la gravitació universal
6.5. Camp gravitatori terrestre
6.4. Intensitat de camp gravitatori
6.7. Energia potencial i energia potencial gravitatòr ia terrestre
6.2. Concepte de camp físic
6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori te rrestre
6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada en òrbita, velocitat escapament.
6.9. Superfícies equipotencials i línies de camp
![Page 3: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/3.jpg)
D1
En FÍSICA utilitzem els vectors per indicar una direcció i sentit.
6.0. Rep6.0. Repààs de matems de matemààtiques: vectors i vectors unitaristiques: vectors i vectors unitaris
m1m2
F13 F23
m3
F13 (FORÇA QUE FA LA MASSA 1 SOBRE LA MASSA 3)
Direcció X i sentit cap a l’esquerra
F13 (-F13,0)
F23 (FORÇA QUE FA LA MASSA 2 SOBRE LA MASSA 3)
Direcció X i sentit cap a la dreta
F23 (F23,0)
![Page 4: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/4.jpg)
D2
m1
m2
F13
F23
m3
F13 (FORÇA QUE FA LA MASSA 1 SOBRE LA MASSA 3)
Direcció Y i sentit cap a amunt
F13 (0, F13)
F23 (FORÇA QUE FA LA MASSA 2 SOBRE LA MASSA 3)
Direcció Y i sentit cap avall
F23 (0, -F23)
![Page 5: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/5.jpg)
D3
F13 (FORÇA QUE FA LA MASSA 1 SOBRE LA MASSA 3)
El vector té component X i Y
F13 (F13,x , F13, y)
m1
F13m3
F13,X
F13,y
![Page 6: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/6.jpg)
D4
m1
F13m3
F13,X
F13,y
El vector indica la direcció (sobre quina recta es troba) i el sentit (la punta de la fletxa).
COM ES TROBA EL VECTOR? Necessitem dos punts A i B
BA = extrem - origen
A (0,0)
B (2,2)
A (0,0)
B (2,2) BA = (0,0) – (2,2) = (- 2, - 2)
COM ES TROBA EL VECTOR UNITARI DE ? BA
u =BA
BAu =
BA
BA
BA = = = 22 )2()2( −+− 44+ 8
u = = (-2,- 2)
8
−−8
2,
8
2
![Page 7: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/7.jpg)
D5
m1
F13m3
BA = (-2, -2)u =
−−8
2,
8
2
uBA
Els tres vectors tenen la mateixa direcció i sentit, nom és es diferencien en el mòdul (la llargada del vector).
![Page 8: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/8.jpg)
D6
En FÍSICA s’entèn per CAMP. Una regió de l’espai on hi ha present
una determinada magnitud física. Si
aquesta magnitud és escalar (temperatura)
tenim un camp escalar i si la magnitud és
vectorial (velocitats, forces) tenim un camp
vectorial. Cada punt d’aquesta regió li
correspon un valor d’aquesta magnitud.
6.1. Concepte de camp f6.1. Concepte de camp fíísicsic
Camp escalarUn mapa de temperaturesA cada regió licorrespon un valor de temperatura
Camp vectorialCada molèculaté una posició i una velocitat.
![Page 9: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/9.jpg)
D7
Nosaltres estudiarem camps de forces centrals , és a dir, la magnitud física present són forces dirigides cap a un punt:
Forces gravitatòriesCamp gravitatori
Forces elèctriquesCamp elèctric
Tant el camp gravitatori com el camp elèctric són camps conservatius , ja
que les forces gravitatòries i elèctriques són conservatives , és a dir, el
treball que realitzen aquestes forces és independent del camí seguit, només
depèn de la posició final i inicial.
![Page 10: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/10.jpg)
D8
m1
La massa m1 crea un camp gravitatori en l’espai que l’envolta. Com ho sabem?Per què si col·loquem una m2, aquesta massa rep una força gravitatòria.
m2
Analògament m2 crea un camp gravitatori que fa que m1 rebi una força gravitatòria.
![Page 11: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/11.jpg)
D9
m
Camp creat per una massa puntual, M
En cada punt hi ha un valor del camp gravitatori(intensitat del camp gravitatori), malgrat no hihagi massa.Com ho sabem?
Perquè si en cada punt col·loquem una massade prova (1 kg) quedarà sotmesa a la forçagravitatòria.
B
C
D
E A
M
![Page 12: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/12.jpg)
D10
6.3. Lleis de 6.3. Lleis de KeplerKepler i llei de la gravitacii llei de la gravitacióó universaluniversal
Des de la Grecia clàssica, època en què el filòsofs pe nsaven que la Terraera el centre de l’Univers, fins a arribar la llei de la gravitació universal (enunciada per Newton 1642-1727), el coneixement humà va passar perdiverses etapes, una de les qual es la revolució cient ífico-tècnia dels seglesXVI i XVII.
� Segle XVI, Nicolau Copèrnic proposà el model heliocèntric, segons el qual el Sol és el centre del sistema Solar i el plane tes giren al seu voltant.
� Segle XVII, Johannes Kepler seguidor del model heliocèntric, proposàtres lleis empíriques sobre el moviment dels planetes. IMPORTANT!!!!
![Page 13: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/13.jpg)
D11
LLEIS DE KEPLERLLEIS DE KEPLER
1ª LLEI DE KEPLER
Els planetes giren en òrbites el·liptíques en les quals el Sol ocupa un del focus.
Recordem que és una el�lipse:
Centre de l'el·lipse
F F'
F
planeta
sol Distància sol-planeta
planeta
sol
![Page 14: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/14.jpg)
D12
2ª LLEI DE KEPLER
El segment imaginari que uneix un planeta amb el Sol es combra àreesiguals en temps iguals.
Àrea 1Àrea 2
Àrea 1 = Àrea 2
∆∆∆∆t
∆∆∆∆t
Això significa, que si en un mateix instant de temps, ha de recórrer un arc més gran voldrà dir que el planeta va més depressa. És a dir, qu e quan el planeta està méspròxim al Sol, es mou més depressa que quan està més lluny .
![Page 15: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/15.jpg)
D13
3ª LLEI DE KEPLER
El quadrat del període del moviment al voltant del Sol de qualsevol planeta és directament proporcional al cub de la distància mitj ana al Sol.
T2 = k R3 (on k = és la constant de proporcionalitat)
Més endavant deduïrem la constant de proporcionalitat (k )
F
planeta
sol Distància sol-planeta
![Page 16: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/16.jpg)
D14
LLEI DE LA GRAVITACILLEI DE LA GRAVITACIÓÓ UNIVERSALUNIVERSAL
Isaac Newton (1642-1727), va ser el primer científic que utilitzà les matemàtiques de manera rigorosa i va deduir, a partir de les lleis de Kepler, la llei de la Gravitació Universal.
F
planeta
sol Distància sol-planetam1
m2r
F = - Gm1 m2
r2 u
Llei de la gravitació universal
La força d’atracció entre dues partícules de masses m 1 i m2 separades una distànciar, és directament proporcional al producte de les mass es, i inversament proporcional al quadrat de la distància que les separa. Matemàtica ment:
G és la constant de la gravitació universal, de valor 6,67·10-11 N m2/kg2
![Page 17: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/17.jpg)
D15
F = - Gm1 m2
r2 u
- Les forces gravitatòries són sempre d’atracció.
- Degut a que G és molt petita, les forces d’atracció nomé s es noten, quanalmenys una de les masses és molt gran (Terra i nosaltre s, Terra i Sol).
- Aquestes forces tenen la direcció de la recta que uneix imaginàriament les dues masses (són forces centrals).
- Són forces a distància
- Sempre van aparellades, són forces d’acció-reacció
m1 m2
F12 (la força que fa 1
sobre 2)
rm1 m2
F21 (la força que fa 2
sobre 1)
r
![Page 18: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/18.jpg)
D17
F = - Gm1 m2
r2 u
- La força gravitatòria i el vector unitari sempre tenen la mateixa direccióperò sentit oposat.
m1 m2u12 (origen 1 i extrem 2)
r
F12 (la força que fa 1
sobre 2)
m1 m2
u12 (origen 1 i extrem 2)
r
F12 (la força que fa 1
sobre 2)
m1 m2
u21 (origen 2 i
extrem 1)
r
F21 (la força que fa 2
sobre 1)
m1 m2
u21 (origen 2 i
extrem 1)
r
F21 (la força que fa 2
sobre 1)
![Page 19: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/19.jpg)
D17
Problema 1. Calculeu la força gravitatòria que actua sobre cada par tícula.
m2 = 500 kg2 (0,40)
m1 = 100 kg
1 (30,0)
F12 (la força que fa 1
sobre 2)
u12F12 = - G
m1 m2
r2 u12
1r. Busquem la distància, r, entre les dues masses.
Pitàgores r 2 = (40 m)2+ (30 m)2 = 2500:
r = 50 m.
2n. Busquem el vector unitari , és el vector unitari al vector
12u
12r
12r = 2 – 1 = (0,40) – (30, 0) = (-30, 40)
12r = 22 )40()30( +− 2500= = 50
u12 =r12
r12
=(-30,40)
50(-30/50,40/50) = (-0,6, 0,8) =
![Page 20: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/20.jpg)
D18
m2 = 500 kg2 (0,40)
m1 = 100 kg
1 (30,0)
F12 (la força que fa 1
sobre 2)
u12F12 = - G
m1 m2
r2 u12
3r. Busquem la força gravitatòria12F
12u = (- 0,6, 0,8)
F12 = - 6,67·10-11 N m2
kg2
100 kg · 500 kg
(50 m)2(-0,6 , 0,8)
(-0,6 , 0,8) NF12 = - 1,334·10-9
F12 = (8,001·10-10, -1,067·10-9) N
Si et demanen el mòdul de la força
12F =29210 )10·067,1()10·008,8( −− +− = 1,334·10-9 N
![Page 21: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/21.jpg)
D19
F21 = - Gm1 m2
r2 u21
Busquem la força gravitatòria
21u
21F
= (0,6, - 0,8)
F12 = (8,001·10-10, -1,067·10-9) N
Si et demanen el mòdul de la força
21F =29210 )10·067,1()10·008,8( −− −+ = 1,334·10-9 N
m2 = 500 kg2 (0,40)
m1 = 100 kg1 (30,0)
F21 (la força que fa 2
sobre 1)
u21
F21 = (-8,001·10-10, 1,067·10-9) N
![Page 22: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/22.jpg)
D20Deduir la tercera llei de Deduir la tercera llei de KeplerKepler a partir de la llei de la a partir de la llei de la GravitaciGravitacióó Universal.Universal.
Suposem el sistema Terra i Lluna, la Lluna descriu una òrbita circular al voltant de la Terra.
RTL = 3,84·108 m; M L (massa de la Lluna) i M T (massa de la Terra) = 5,98·10 24 kg
Volem saber el període de rotació de la Lluna al voltan t de la Terra.
v
FTL (Força que fa la Terra sobre la Lluna)
Treballem en mòdul
2ª llei de Newton Llei de la gravitació universal
FTL = GmL· mT
R2TL
FTL = mL an
FTL = mL ωωωω 2 RTL
an = V2/R = (ωωωωR)2/R = ωωωω 2 R
![Page 23: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/23.jpg)
D21v
FTL (Força que fa la Terra sobre la Lluna)
FTL = GmL· mT
R2TL
FTL = mL ωωωω 2 RTL
mL· mT
R2TL
G = mL ωωωω 2 RTL
mL· mT
R2TL
G = mL ωωωω 2 RTL
ωωωω = 2ππππ/T mT
R2TL
G =2ππππT
2
RTL
mT
R2TL
G = RTL4ππππT2
2
mT
R2TL
G = RTL4ππππ 2T2
mTR3
TLG
=4ππππ 2
T2
Constant de proporcionalitat (k)
T2 = k R3
3ª LLEI DE KEPLER
![Page 24: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/24.jpg)
D22v
FTL (Força que fa la Terra sobre la Lluna)
mTR3
TLG
=4ππππ 2
T2 RTL = 3,84·108 m i M T (massa de la Terra) = 5,98·10 24 kg
=T24ππππ 2
(3,84·108 m)3
6,67·10-11 N m2
kg2 · 5,98·1024 kg
= 5,60·1012T2
= 2,37·106 sT · · = 27,4 dies3600 s
1 h24 h
1 dia
![Page 25: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/25.jpg)
D23
6.4. Intensitat del camp gravitatori6.4. Intensitat del camp gravitatori
Ja hem explicat que un camp físic és una regió de l’espai o n hi ha presentuna magnitud física.
Camp vectorial Magnitud vectorial
Camp gravitatori Força gravitatòria
Un camp gravitatori és una regió de l’espai on hi ha prese nts forcesgravitatòries.
![Page 26: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/26.jpg)
D24
La massa M crea un camp gravitatori.
Com ho sé? Només ho puc saber col·locant una massa m, i veure si rep o no la força gravitatòriaque fa M sobre m.
M
mgF
M
mgF
A
B En cada punt del camp gravitatori, la forçagravitatòria (magnitud física que es mesura) ésdiferent.
![Page 27: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/27.jpg)
D25
El valor del camp gravitatori, rep el nom
d’INTENSITAT DEL CAMP GRAVITATORI
Matemàticament:
g
M
mgF
A
g = Fm
La intensitat del camp gravitatori és la relació entre la força gravitatòria i la massaque rep aquesta força.
Unitats N/kg
IMPORTANT: Diferenciar entre qui crea el camp gravitatori (massa M) i qui sentaquest camp graviatori (massa m)
![Page 28: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/28.jpg)
D26
M
mgA
g = FmF
Com la massa sempre és positiva la força gravitatòria i el camp gravitatorisempre tenen la mateixa direcció i sentit.
g =
- GM m
r2 u
m
g = - Gr2
uM
Aquesta expressió ens indica que la intensitat del campgravitatori disminueix amb el quadrat de la distància.
g
r
A l’igual que la forçagravitatòria, el camp gravitatorité sentit contrari al vector unitari.
![Page 29: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/29.jpg)
D27
M
mgA
g = Fm
F
IMPORTANTÍSSIM:
g = - Gr2
uM
Massa que rep la forçagravitatòria.
Massa que produeix el campgravitatori.
M
mg B
F
![Page 30: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/30.jpg)
D28
El camp gravitatori és un vector. Com es representa? He d’imaginar que en el punt on vullsaber quan val el camp gravitatori col·loco una massa de prova d’1 kg i representem la força que rep aquesta massa de prova.
M
A
B
C
DE
F
G
H
g = Fm
2M
A
B
C
DE
F
G
Hg
g = - Gr2
uM
g2
![Page 31: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/31.jpg)
D29
Ara imagineu que en el punt A col·loquem una massa m = 500 kg. Quan val la forçagravitatòria que sent la massa m?
M
A
g = Fm
g
g = - Gr2
uM
m
F = g · m
F = g · 500 kgF
1ª Forma. Si coneixem el valor del camp gravitatori.
2ª Forma. A partir de l’expressió de força gravitatòri a.
F = - GM · 500
r2 u
![Page 32: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/32.jpg)
D30Camp gravitatori creat per una distribuciCamp gravitatori creat per una distribucióó de masses de masses puntuals.puntuals.
Per determinar la intensitat del camp gravitatori d’una distribució de masses puntualss’aplica el principi de superposició.
Principi de superposició : la intensitat de camp gravitatori originada per una d istribució de masses en un punt de l’espai és la suma vectorial de le s intensitats de camp que creen cadascuna de les masses puntuals separadament.
M1
M2
M3
M4
Punt P1g
2g
3g 4g
Tg = 1g + 2g + 3g + 4g
![Page 33: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/33.jpg)
D31
M1
M2
M3
M4
Punt P1g
2g
3g 4g
Tg = 1g + 2g + 3g + 4g
Ara ja sabem quan val el camp gravitatori en el punt P, si en aquest punt col·loquem una massa de 500 kg quina serà la força gravitatòria que rep.
F = g · m
F = g · 500 kg
m = 500 kg
![Page 34: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/34.jpg)
D32
M M
M
1g
2g
4g
M
Quant val el campgravitatori al mig del quadrat?
3g
Tg = 0 N/kg
![Page 35: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/35.jpg)
D33
Problema 2.
a) Determineu la intensitat de camp gravitatori en el pu nt P del sistema formatper les masses puntuals indicades en la figura A.
b) Si en el punt P col·loquem una massa de 500 kg quina força actua sobre ella.
Punt P m1 = 500 kgPosició (10,0)
m3 = 1500 kgPosició (8,6)
m2 = 1000 kgPosició (0,8)
1g
2g3g
![Page 36: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/36.jpg)
D34
Problema 3. Determineu en quin punt de l’espai la intensitat de camp gravitatoris’anul·la, si considerem que només hi ha l’interacció g ravitatòria entre la Terrai la Lluna.
Dades:
RT = 6,38·106 m
MT (massa de la Terra) = 5,98·10 24 kg
RL = 1,74·106 m
ML (massa de la Lluna) = 7,34·10 22 kg
D (Distància terra-lluna) = 3,84·10 8 m
d = 3,84·108 m
![Page 37: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/37.jpg)
D35
6.5. Intensitat del camp gravitatori terrestre6.5. Intensitat del camp gravitatori terrestre
El principi el teniu vosaltres en la vostra llibreta.
6.5.1. Pes d6.5.1. Pes d’’un cosun cos
6.5.2. Variaci6.5.2. Variacióó del camp gravitatori terrestre amb ldel camp gravitatori terrestre amb l’’alturaaltura
P
gh
RT
g = - G(RT + h)2
MT
g0 = - G(RT )
2
MT = 9,8 N/kg o m/s 2
g
g0=
(RT + h)2
(RT )2
![Page 38: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/38.jpg)
D36
Problema 4. Quina és la intensitat del camp gravitatori en un punt d e l’espai que es troba a una altura respecte la superfície terrestr e igual a la longitud del raditerrestre?
P
gh
RT
g
g0=
(RT + h)2
(RT )2
g
9,8=
(RT +RT)2RT
2
g
9,8=
(2RT )2
RT 2
g
9,8=
4RT 2
RT 2
g =4
9,8= 2,45 N/kg o m/s 2
![Page 39: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/39.jpg)
D37
6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre
Abans d’explicar això anem a recordar el concepte de tre ball.
W (treball) = F. desplaçament
El treball realitzat per una força que actua sobre un cos.
Ara ja sabem la força que hi ha entre dues masses, la in tensitat del campgravitatori, però si volem estudiar el nostre sistema des del punt de vista energètic, necessitem definir una nova magnitud que és el POTENCIAL GRAVITATORI.
![Page 40: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/40.jpg)
D38
El potencial gravitatori és una magnitud física ESCAL AR
(MOLT IMPORTANT NO VECTORIAL)
que ens permet estudiar el nostre sistema gravitatori d es del punt de vista energètic.
Definim el POTENCIAL GRAVITATORI D’UNA MASSA PUNTUAL EN UN PUNT A (VA) com el treball, canviat de signe, realitzat per la forç a gravitatòria que efectua la massa M per desplaçar una altra massa de prova d’1kg des de l’infinit fins a A.
MA
r
∞ (molt lluny)m = 1 kg
VA = - W∞→A
Per trobar la fórmula es necessitaintegrar però com de moment no sabeu integrar us la poso i ja està.
VA = - Gr
M
![Page 41: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/41.jpg)
D39
Unitats: J/kg.V = - Gr
M
El potencial és una magnitud relativa, el seu valor d epèn del u sistema de referència, per conveni, normalment es pren com a V = O en un punt molt llunyadel nostre sistema gravitatori.
kg2
Nm2 kg
m
MB ∞ (molt lluny)
V∞
= 0 N/kgA
rA
rBVAVB
V
r
VB
VA
El potencial gravitatori en un punt és negatiu
![Page 42: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/42.jpg)
D40
6.6.1 Potencial gravitatori terrestre6.6.1 Potencial gravitatori terrestre
P
h
RT
VP = - GRT + h
MT
A mesura que ens allunyem de la superfície Terrestre e l camp gravitatori disminueix i el potencial gravitatori cada vegada és menys negatiu, per tant més gran. V
r
Problema 5. Calculeu el potencial gravitatori creat per la Terrasuposant que intensitat gravitatòria només actua:
a) A la seva superfícieV = - 6,67·10-11
6,38·106 m
5,98·1024 kgkg2
Nm2= - 6,25·107 J/kg
b) A una altura de 3 radis
V = - 6,67·10-11
4 ·6,38·106 m
5,98·1024 kgkg2
Nm2
= - 1,56·107 J/kg
c) A l’infinit
V = - 6,67·10-11 5,98·1024 kgkg2
Nm2
= 0 J/kg∞
![Page 43: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/43.jpg)
D416.6.2 Potencial gravitatori creat per una distribuci6.6.2 Potencial gravitatori creat per una distribucióó de de masses puntualsmasses puntuals
M1
M2M3
Punt P
VT = V1,P + V2,P+ V3,P
Problema 6. Calculeu el potencial creat en el punt A per la distrib ucióde masses esfèriques indicada en la figura.
m3 = 2000 kg(0,6)
m1 = 1000 kg m2 = 3000 kg(8,0)
P (8,6)
V1,P = - 6,67·10-11
10 m
1000 kgkg2
Nm2= - 6,67·10-9 J/kg
(Es treu fent Pitàgores)
V2,P = - 6,67·10-11
6 m
3000 kgkg2
Nm2= - 3,335·10-8 J/kg
V3,P = - 6,67·10-11
8 m
2000 kgkg2
Nm2= - 1,67·10-8 J/kg
VT = V1,P + V2,P+ V3,P = -5,67·10-8 J/kg
![Page 44: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/44.jpg)
D42
Problema 6. En els vèrtexs d’un quadrat de costat 10 m hi ha quatre es feres igualsde 1000 kg. Calculeu:
M M
M
1g
2g
4g
M
3g
Tg = 0 N/kg
a) La intensitat del camp gravitatori en el centre del quadrat.
b) El potencial en el centre del quadrat.
VT = V1,c + V2,c+ V3,c + V4,c
Diagonal = 200)10()10( 22 =+ mm
r (distància de la massa al centre) = diagonal/2 = 2
200
m
m
V1,c = - 6,67·10-11 1000 kgkg2
Nm2
2
200 m
VT = 4· - 6,67·10-11 1000 kgkg2
Nm2
2
200 m= -3,77·10-8 J/kg
![Page 45: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/45.jpg)
D43
MB A
rB VB
Ep,B = m · VB
VA
Ep,A = m · VA
Ep = m · V
Unitats: kg·J/kg = J
Ep = m - Gr
M
Ep = - Gr
M mEp
r
L’energia potencial (E p) que té un cos m és negativa i zero quan es troba molt lluny del sistema gravitatori, ja que per conveni V
∞= 0 J/kg.
6.7. Energia potencial gravitatòria i energia 6.7. Energia potencial gravitatòria i energia potpotèèncialncialgravitatòria terrestre.gravitatòria terrestre.
Es l’energia que té un cos de massa m pel fet d’estar din s d’un campgravitatori creat per una massa M.
![Page 46: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/46.jpg)
D44
m
h
RT
MT
Ep = - G(RT + h)
MT m (conveni E p = 0 J a l’infinit)
Recordeu que en el tema 3 feieu servir una altra fórmu la
Ep = m · g · h
Aquestes dues fórmules són diferents per la mateixa magnit ud.
Ep = - G(RT + h)
MT mEp = m · g · h
Conveni E P = 0 J a l’infinit Conveni E P = 0 J a la superfície terrestre
Nómés és vàlida per alturesmolt properes a la superfícieterrestre on podem considerar g constant = 9,8 m/s 2.
Té en compte la variació del camp gravitatori terrestre ambla distància
Energia potencial gravitatòria terrestreEnergia potencial gravitatòria terrestre
![Page 47: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/47.jpg)
D45
M1
M2M3
Punt P
VT = V1,P + V2,P+ V3,P
Imagineu que té una distribució de masses puntuals, nor malment usdemanaren en aquest ordre:
a) Calcula el potencial gravitatori en el punt P.
b) Ara en el punt P col·loquem una massa m = 500 kg, q uina E p adquireix la massa?
Ep = m · V = 500 kg· VT
![Page 48: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/48.jpg)
D46
Arribat a aquest punt farem un resum que vull que copieu a la vostrallibreta:
Magnituds vectorials Magnituds escalars
P
r
g
g = - Gr2
uM
r
F
F = g · m
F = - Gm1 m2
r2 u
P
r
V = - Gr
M
r
Ep = m · V
Ep = - Gr
M m
Unitats: N/kg
Unitats: N Unitats: J
Unitats: J/kg
![Page 49: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/49.jpg)
D47
Important, quan treballarem de forma numèrica amb el ca mp gravitatori i la força gravitatòria i NO DE FORMA VECTORIAL.
r
F
m
h
RT
a) En el cas de problemes on el sistema gravitatori sigui la Terra o qualsevol altreplaneta, on la direcció sempre és radial i el sentit cap al centre del planeta.
b) En el cas de problemes on tots elsvectors tenen la mateixa direcció.
F
![Page 50: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/50.jpg)
D48
A
hB
RT
MT
Quin és el treball realitzat per la força gravitatòriaque efectua la Terra per desplaçar la massa m des de la posició A a la posició B?
Wsistema = - ∆Ep
Treball fet pel sistema gravitatoriTreball fet pel sistema gravitatori
B hA
m
Wsistema = - (EpB- EpA) = - (m VB – m VA) = - m (VB – VA)
Wsistema = - G(RT + hB)
MT - - G(RT + hA)
MT= G MT m
(RT + hB)
1-
(RT + hA)
1- m
![Page 51: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/51.jpg)
D49
A
hB
RT
MT
Quin és el treball realitzatpel sistema gravitatori?
Wsistema = - ∆Ep = - (EpB- EpA)
B hA
m
A
hB
RT
MT
B hA
m
Per desplaçar la massa m de la posició B a la posicióB, aquest treball no el fa la Terra, sinó que es necessari una forçaexterna.
Quin és el treball fet per la força externa (oposada a la gravitatòria)?
Wforça externa = ∆Ep
![Page 52: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/52.jpg)
D50
Problema 7. Tenim una massa de 10 kg en repòs sobre una superfície t errestre. Quintreball cal fer per pujar-la fins a una altura de 10 m. I fins una altura de 630 km?
RT 10 m
Dades:
RT = 6,38·106 m MT (massa de la Terra) = 5,98·10 24 kg1
2
Wforça externa = ∆Ep
Wforça externa = Ep,2 - Ep,1
Ep = - G(RT + h)
MT m
Ep,1 = 5,98·1024 kg · 10 kg
- 6,67·10-11kg2
Nm2
6,37·106 m = - 626.163.265,3 J
Ep,2 = 5,98·1024 kg · 10 kg
- 6,67·10-11kg2
Nm2
6.370.010 m = - 626.162.282,3 J
Wforça externa = -626.162.282,3 - (-626.163.265,3) = 983 J
![Page 53: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/53.jpg)
D51
I fins una altura de 630 km?RT
1
2
Wforça externa = ∆Ep
Wforça externa = Ep,2 - Ep,1
Ep = - G(RT + h)
MT m
Wforça externa = - 5,70·108 J – (- 6,26·108 J) = 5,6·107 J
630000 m
Ep,1 = 5,98·1024 kg · 10 kg
- 6,67·10-11kg2
Nm2
6,37·106 m = - 626.163.265,3 J = - 6,26·108 J
Ep,2 = 5,98·1024 kg · 10 kg
- 6,67·10-11kg2
Nm2
(6,37·106 + 630 000) = - 5,70·108 J
![Page 54: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/54.jpg)
D52
Problema 8. Considerem tres punts A, B i C. Calculeu el treball efe ctuat per les forces externes per desplaçar un satèl·lit de massa m pe ls tres camins següents:
a) Des del punt A de la superfície de la Terra fins a B directament.
b) Des de A fins a B passant per C.
c) Des de A fins a B per un camí D qualsevol.
RT
A
B
C
RT
A
B
C
RT
A
B
C
![Page 55: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/55.jpg)
D53
RT
A
B
Wforça externa = ∆Ep
Wforça externa = Ep,B - Ep,A =
r
- GMT m
r- G
MT m-
RT
Wforça externa = - GMT m
r+ G
MT m
RT= G
MT m
RT
- GMT m
r
Wforça externa = G MT m1
RT
- 1r
![Page 56: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/56.jpg)
D54
RT
A
B
C
Wforça externa = ∆Ep = Ep,C - Ep,A = 0 J
El treball que fa la força externa per anar de A a C, v alzero, ja que en els dos punts la massa té la mateixaenergia potencial, ja que aquests punts es troben a la mateixa distància de la Terra.
Wforça externa = ∆Ep = Ep,B - Ep,C = G MT m1
RT
- 1r
Veiem que el treball és el mateix que el de l’apartat A. Aquest resultat era previsible, ja que el camp gravitat ori ésconservatiu, és a dir, el treball només depèn de la pos icióinicial i final, i no del camí seguit.
![Page 57: Tema 6 i 7 del vostrellibrede text - XTEC · Concepte de camp físic 6.6. Potencial gravitatori i potencial gravitatori terrestre 6.8. Satèl·lits: energia mecànica, velocitat posada](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081601/61158d3ae1cf8713625d0d26/html5/thumbnails/57.jpg)
D55
El treball per anar de A cap a B per un camí qualsevol ha de ser el mateix, ja que el camp gravitatori és conserv atiu.
Wforça externa = ∆Ep = Ep,B - Ep,A = G MT m1
RT
- 1r
RT
A
B