Supòsit 52
Enunciat
La nau Orion spacecraft, en el marc de la missió Artemis III, es considera en òrbita circular al voltant de la Lluna a una altura de 100 km sobre la seva superfície.
a) Calcula la velocitat orbital de la nau. (5 punts) b) Determina el període de revolució. (4 punts) c) Troba l'energia mecànica per unitat de massa. (4 punts) d) Calcula la velocitat d'escapament des de l'òrbita en què es troba la nau. (4 punts) e) En realitat, l'òrbita de la nau és el·líptica. Raona, sense fer càlculs, com serà la velocitat de la nau: en el punt més proper a la Lluna i en el punt més llunyà. (3 punts)
(Dades: m; kg; N·m²/kg²)
Solució
El primer pas, i el que més errades provoca: el radi de l'òrbita es mesura des del centre de la Lluna, no des de la superfície.
a) Velocitat orbital. Igualant la força gravitatòria amb la centrípeta, , la massa de la nau se'n va (per això no la dona l'enunciat):
Uns 5 900 km/h, quatre vegades menys que en òrbita baixa terrestre.
b) Període.
és a dir 118 minuts per volta. S'hi pot arribar igual per la tercera llei de Kepler, .
c) Energia mecànica per unitat de massa. En òrbita circular, , de manera que
Negativa, com ha de ser en un sistema lligat: per alliberar la nau caldria aportar-li aquesta energia.
d) Velocitat d'escapament des de l'òrbita. S'obté imposant :
La relació val sempre per a qualsevol òrbita circular, i és una comprovació immediata. Caldria, doncs, un increment de velocitat de només m/s per escapar de la Lluna des d'aquesta òrbita.
e) Òrbita el·líptica. Per la segona llei de Kepler (llei de les àrees), el radiovector escombra àrees iguals en temps iguals; equivalentment, el moment angular es conserva perquè la gravetat és una força central. Per tant, allà on és petit la velocitat ha de ser gran:
- Al periluni (punt més proper): velocitat màxima.
- A l'apoluni (punt més llunyà): velocitat mínima.
Es pot dir també des de l'energia: es conserva, i com que a prop de la Lluna és més negativa, l'energia cinètica hi ha de ser més gran.
supuesto-progress
Crea compte gratisResolució en PDF
Cal un correu per accedir-hi. Sense contrasenyes, sense cost. T'enviem un enllaç màgic.