Un aiuto su problemi buffi sulla gravità e meccanica?

*anicka1
Ho messo qui tutti gli esercizi di due capitoli che non mi sono venuti o in cui non ho capito cosa devo fare esattamente. Se qualcuno mi potesse dare una mano con qualcuno (non credo che qualcuno abbia la pazienza per tutti) di questi gliene sarei infinitamente grata!

1) Calcola l'energia potenziale gravitazionale di una massa di 5,0 kg.
a) sulla superficie della Terra;
b) a un'altitudine di 1,0 km.
c) Prendi la differenza tra i due risultati del punto b. e del punto a. e comparala con mgh, dove h=1,0 km.

2) La cometa Halley, che passa intorno al Sole ogni 76 anni, ha un'orbita ellittica. Quando è nel suo punto più vicino al Sole (perielio) è a una distanza di 8,823 x $1010$ m (<--10 alla 10) e si muove con una velocità di modulo 54,6 km/s. Il punto di maggiore distanza tra la cometa Halley e il Sole (afelio) è 6,125 x $1012$ m (<--10 alla 12).
a) Il modulo della velocità della cometa Halley è maggiore o minore di 54,6 km/s quando è all'afelio? Giustifica la tua risposta.
b) Calcola il modulo della sua velocità nell'afelio.

3) Supponi che venga scoperto un pianeta che ha la stessa densità della Terra, ma metà del suo raggio.
a) L'accelerazione di gravità su questo pianeta è maggiore, minore o la stessa dell'accelerazione di gravità sulla Terra? Giustifica la tua risposta.
b) Calcola l'accelerazione di gravità su questo pianeta.

4) Mostra che la forza di gravità fra la Luna e il Sole è sempre più grande della forza di gravità fra la Luna e la Terra.

5) Un proiettile da 10,0 g si conficca in un blocci di 0,500kg che è attaccato a una molla di costante elastica 36,0 N/m. Se la massima compressione della molla è 1,50cm, trova:
a) il modulo della velocità iniziale del proiettile;
b) Il tempo che impiega il sistema proiettile-blocco per fermarsi.

6) Un astronauta usa un congegno di misurazione della massa corporea (BMMD), per determinare la sua massa. Qual'è la massa dell'astronauta, dato che la costante elastica del BMMD è 2600 N/m e che il periodo di oscillazione è 0,85 s?

7) Un corvo di 0,86 kg atterra su di un ramo sottile e oscilla su e giù con un periodo di 1,1 s. Un'aquila vola sullo stesso ramo, facendo spaventare il corvo e facendolo allontanare, e si posa sul ramo. L'aquila oscilla su e giù con un periodo di 0,52 s. Trattando il ramo come una molla ideale, trova:
a) La costante elastica del ramo;
b) la massa dell'aquila.

8) Qual'è il rapporto tra l'energia potenziale e l'energia cinetica di una cometa che ha appena l'energia sufficiente per scappare dal campo gravitazionale del Sole?
a- 1/2
b- 1
c- 2
d- -1

9) Un satellite è in un'orbita ellittica intorno alla Terra. In un dato istante esso si trova a una distanza di 40 x $106$ m (<--10 alla 6) dal centro della Terra e la sua velocità è di 10 000 m/s. In un altro istante la sua velocità è di 9600 m/s.
Qual'è la sua distanza dal centro della Terra? La massa della Terra è 5,98 x $1024$ kg (<--10 alla 24) kg e G=6,67 x $10-11$ N x $m2 /kg2$ (<-- metri al sec su kg al sec).
a- 2,9 x $108$ m (<-- 10 alla 8)
b- 4,3 x $108$ m (<-- 10 alla 8)
c- 6,6 x $107$ m (<-- 10 alla 7)
d- 9,1 x $107$ m (<-- 10 alla 7)

10) Nettuno ha un raggio di 2,48 x $107$ m (<-- 10 alla 7) e una velocità di fuga di 23 000 m/s.
Qual'è la sua massa? G=6,67 x $10-11$ N x $m2 /kg2$ (<-- metri al sec su kg al sec).
a- 1,0 x $1026$ kg (<-- 10 alla 26)
b- 2,0 x $1026$ kg (<-- 10 alla 26)
c- 3,0 x $1026$ kg (<-- 10 alla 26)
d- 4,0 x $1026$ kg (<-- 10 alla 26)

11) L'asteroide 433 Eros è uno dei più grandi asteroidi vicini alla Terra. Il valore di g sulla sua superficie è 0,006 $m /kg2$ e la velocità di fuga è solo 9,8 m/s.
Qual'è il raggio di Eros? Assumi che la sua forma sia sferica.
a- 8000 m
b- 16 000 m
c- 1600 m
d- 800 m


Grazie, grazie e ancora infinitamente grazie!
PS: Se qualcuno ha bisogno di aiuto con ceco/slovacco posso aiutarvi:)

Risposte
Steven11
Ciao anika, per questioni di tempo e di capacità risponderò solo ad alcune domande. Premetto che non devi predere per oro colato le mie parole, la gravitazione l'ho appena studiata ma di certo non in modo apporfondito. Questo è giusto il modo che adotterei io.

1) In questo esercizio devi usare i dati che hai con estrema precisione, senza arrotondare. Ti dico la logica da seguire: la formula dell'energia potenziale gravitazionale che sicuramente saprai, $(-GMm)/r$ è calcolata in modo che sulla crosta terrestre r=r, quindi anche sulla terra abbiamo energia potenziale. Al contrario la famosa $mgh$ ti dice che sulla terra, quindi h=0, non hai energia potenziale. Perciò prova a fare la differenza tra $(-GMm)/(r+1)$ che sarebbe l'energia gravitazionale a un kilometro dalla superficie, e $(-GMm)/r$, ovvero sulla crosta terrestre. La differenza, sarà quindi, detto in modo poco carino, l'energia potenziale che "separa" la crosta da un kilometro sopra. Questo valore coincide con mgh, con h=1km.

2) Non sono particolarmente sicuro che in questo esercizio la mia risposta sia la migliore, però te la dico.
Sappiamo che $(GM)/r^2=V^2/r$ (ho uguagliato la forza gravitazionale alla mssa della cometa che moltiplica l'accelerazione centripeta, e poi ho eliminato la massa della cometa che era presente in entrambi i membri)
Comunque, considerando l'equazione sopra, l'uica incognita è la massa del sole (r è perielio).
Dopo aver ottenuto la massa del sole, imposti un'equazione uguale a quella sopra, ma dove r=afelio.

3)La densità della terra la trovi facendo $m/V$: il volume della terrà è $4pir^3/3$. Il raggio lo hai, la massa pure.
Il volume del nuovo pianeta lo trovi facilmente $(r/2)^3*4pi/3$. Ora, sai che la massa è il prodotto tra volume e densità. Abbiamo trovato il volume del nuovo pianeta, la densità è uguale a quella della terra, quindi devi solo fare il prodotto. Trovata la massa, Ricorda che: $(GMm)/r^2=mg$ quindi semplificando m, trovi che $(GM)/r^2=g$ Hai tutto meno che la nuova accelerazione di gravità, trovala con l'equazione.

5) M= massa blocco m=massa proiettile
Usando il principio della conservazione della quantità di moto avrai $mv=(M+m)V$ (dove V è la velocità del sistema proiettile-blocco).
Ora, puoi dire che l'energia cinetica del blocco con dentro il proiettile è $(m+M)V^2/2$
Per la conservazione dell'energia, uguaglia l'energia cinetica che si converte in energia potenziale elastica.
$(m+M)V^2/2=kx^2/2$ l'unica incognita è V
Trovata V, ti trovi la velocità iniziale del proiettile con la relazione che ti ho scritta per prima.
Per quanto riguarda il tempo, userò questa formula: $Deltat*F=Deltaq$ in cui F lo esprimi come -kx, e $Deltaq$ è la variazione di quantità di moto. Per farti focalizzare, immagina il blocco che urta la molla, e a poco a poco rallenta, fino a fermarsi (la molla intanto si è accorciata). La variazione di quantità di moto è la differenza tra la quantità di moto finale hce è zero, e quella iniziale, che già sai.

10) La velocità di fuga si trova con questa logica. Intanto focalizziamo quanto vale l'energia di un corpo qualsiasi una volta uscito dall'attrazione di Nettuno: la sua energia cinetica può vale 0 perchè l'ha consumata tutta per scappare da Nettuno, quella gravitazionale anche vale zero, perchè l'attazione di nettuno è scomparsa in quanto il corpo è fuggito.
Poichè l'energia si conserva, vediamo che valori deve avere l'energia cinetica e potenziale appena il corpo parte dalla superficie per andare vi adefinitivamente: la loro somma deve essere nulla, perchè nulla è la loro somma una volta che il corpo si è liberato dall'attrazione del pianeta
Quindi $mv^2/2-(GMm)/r=0$ Come vedi la massa del corpo che viene lanciato non è influente, dato che si semplifica.
Ora l'unica tua incognita è M ovvero la massa del pianeta che attrae, Nettuno.

Ora scusa ma devo andare, se ho tempo in seguito cerco di scrivertene qualcun altro. Ciao

Steven11
Se non capisci come sono arrivato a qualche formula, o alla logica che ho seguito o al perchè di qualcosa, chiedimelo.

Steven11
Aspetta... per quanto riguarda la numero 5
$Deltat*F=Deltaq$ non è precisa in questo caso, come Kinder mi ha fatto notare in un altro topic, perche la forza non è costante

Riguardo alla 2, ti consiglio di dubitare fortemente... poi decidi tu..

fu^2
8) è uno, in quanto quando l'energia potenziale è uguale all'energia cinetica la cometa descrive una traiettoria parabolica, allontanandosi dal pianeta.
se questo rapporto è compreso tra zero e uno avrà una traiettoria ellittica, uguale ad uno parabolica e maggiori di uno iperbolica.
matematicamente questo rapporto rappresenta l'eccentricità della conica che descrive la traiettoria della cometa :wink:

*anicka1
Grazie per l'aiuto. Ho capito praticamente tutto... Davvero grazie mille!;-)
Per quanto riguarda gli altri sono ancora nel pallone...Comunque è già qualcosa avere quelli che mi avete postato!
Nel frattempo mi sono venuti alri dubbi, se qualcuno desiderasse accelerare il suo processo di beatificazione per opere pie presso il Vaticano può darci un'occhiata, magari... Mi farebbe molto piacere!:-)

12) Lo Sputnik I fu lanciato in un'orbita intorno alla Terra nel 1957. Esso aveva il perigeo (il punto dell'orbita più vicino alla Terra) di 6,61 x $106$ m (<-- 10 alla sesta) e l'apogeo (il punto dell'orbita più lontano dalla Terra) di 7,33 x $106$ m (<-- 10 alla sesta).
Calcola qual era la velocità dello Sputnik I quando si trovava nel perigeo. La massa della Terra è 5,98 x $1024$ kg (<--10 alla 24) e G = 6,67 x $10-11$ N x $m2 / kg2 $ (<-- metri al quadrato su kg al quadrato).
a- 7,18 x $103$ m/s (<--10 alla terza)
b- 7,97 x $103$ m/s (<--10 alla terza)
c- 8,23 x $103$ m/s (<--10 alla terza)
d- 11 x $103$ m/s (<--10 alla terza)

13) Un satellite di 700 kg è in un'orbita ellittica intorno alla Terra con un perigeo di 7 x x $106$ m (<-- 10 alla sesta) e un apogeo di 11 x x $106$ m (<-- 10 alla sesta).
Qual'è l'energia totale del satellite? La massa della Terra è 5,98 x $1024$ kg (<--10 alla 24) e G = 6,67 x $10-11$ N x $m2 / kg2 $ (<-- metri al quadrato su kg al quadrato).
a- -3,1 x $1010$ J (<--10 alla dieci)
b- -2,08 x $1010$ J (<--10 alla dieci)
c- -1,04 x $1010$ J (<--10 alla dieci)
d- -1,55 x $1010$ J (<--10 alla dieci)

Se vi viene in mente qualcosa sugli altri sono tutt'orecchie!
Grazie, grazie, grazie!

Steven11
13) Qui userò la legge di gravitazione universale, a discapito del principio di conservazione dell'energia.
In questo esercizio forse è più adatto usare la conservazione, ma i calcoli mi sembra che vengano più complessi.
Allora calcoliamo la velocità che il satellite avrà nel perigeo.
La trovi impostando questa equazione $(GMm)/r^2=mV^2/r$
Semplificando ottieni $(GM)/r=V^2$
Ora ti puoi calcolare la velocità dato che è l'unica incognita, infatti sai che la distanza coincide con il perigeo.
Ora sappiamo la velocità e la distanza dalla terra, e con quest'ultima ci calcoliamo l'energia potenziale gravitazionale
$-(GMm)/r$
Poichè l'energia si conserva, la somma di energia potenziale e cinetica sarà la stessa sia nel perielio che nel afelio.
Avendo i due dati relativi all'afelio, fai qualche calcolo e trovi l'energia totale.

Steven11
Ah poi a questo punto, dopo che ti ho mostrato l'esercizio 13, devi essere in grado di risolvere da sola il 12.
Ciao

*anicka1
Ciao Steven,
ho provato a rifare il 2 ed effettivamente non è corretto...
Ho provato anche con un altro metodo [energia cinetica1+energia potenziale1=energia cinetica2+energia potenziale2] ma alla fine mi manca un dato:
$VA2$= $VP2$+$2GmS$($1/dA$-$1/dP$)$
Con VA = velocità in afelio; VP =velocità in perielio; mS = massa del sole; dA = distanza in afelio e dP = distanza in perielio.
Il risultato dovrebbe essere 783 m/s.

*anicka1
mmmh... Va e Vp sono alla seconda e non moltiplicati per due nell'ultimo messaggio che ho postato.
Soliti errori di digitazione!

MaMo2
"anicka":
Ciao Steven,
ho provato a rifare il 2 ed effettivamente non è corretto...
Ho provato anche con un altro metodo [energia cinetica1+energia potenziale1=energia cinetica2+energia potenziale2] ma alla fine mi manca un dato:
$VA2$= $VP2$+$2GmS$($1/dA$-$1/dP$)$
Con VA = velocità in afelio; VP =velocità in perielio; mS = massa del sole; dA = distanza in afelio e dP = distanza in perielio.
Il risultato dovrebbe essere 783 m/s.


Questo problema è semplicissimo. Basta sfruttare la conservazione del momento angolare. Si ha:
$r_a*v_a=r_p*v_p$
Da cui segue:
$v_a=(r_p/r_a)v_p=786$ m/s.

*anicka1
Come trovo va e vp, conoscendo solo le distanze e la velocità media???

*anicka1
Ok ho capito Avevi ragione tu, non eraper niente difficile...
L'avevo confuso con un altro problema e non mi ricordavo di avere la velocità in perielio...
Che sbadata!!!
Qualcuno sa darmi qualche consiglio su come fare gli altri problemi in questione?
Merci!!!

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