Energía de un satélite. Velocidad de escape. Tipos de órbitas.

El vídeo analiza la energía mecánica de traslación de un satélite, la energía que es necesario suministrarle para ponerlo en órbita, la velocidad de escape desde la superficie de la Tierra y el tipo de órbita que llevará el satélite según su energía.

Satélite Geoestacionario

El vídeo explica en qué consiste un satélite geoestacionario y cómo se calcula el radio de la órbita y la velocidad orbital. El nivel es de Física de 2º de Bachillerato.

Imagen de la portada: meted.ucar.edu

Velocidad orbital de un satélite

En este vídeo vamos a estudiar la velocidad orbital de un satélite en torno a la Tierra con movimiento circular uniforme. Los resultados son generalizables al movimiento de planetas en torno al Sol, la Luna en torno a la Tierra o un satélite alrededor de cualquier planeta.

Imagen de la portada: Departamento de Física y Química del IES “Leonardo Da Vinci”

Campo Gravitatorio de la Tierra

El vídeo estudia el Campo Gravitatorio de la Tierra. Comienza definiendo el concepto de campo gravitatorio terrestre y las magnitudes que se utilizan para su estudio, la intensidad del campo gravitatorio, la energía potencial gravitatoria y el potencial gravitatorio. También se estudia la variación de la gravedad y el peso con la altura, la diferencia entre masa y peso y la validez de la expresión Ep = mgh.

Problema 4 (Campo Gravitatorio)

Dos masas iguales de 6,40 kg están separadas una distancia de 0,16 m. Una tercera masa m se suelta en un punto P equidistante de las dos masas con velocidad inicial nula y a una distancia de 0,06 m de la línea que las une. Calcular:

a) La velocidad de la tercera masa cuando pasa por el punto medio Q de la distancia entre las dos.

b) Suponiendo m = 0,10 kg, calcula la aceleración en P y Q.

Solución:

Problema 3: "Energía Potencial Gravitatoria"

Tres partículas iguales de masa M están fijas en tres vértices de un cuadrado de lado L.

a) Determina el potencial gravitatorio en los puntos A y B, vértice vacante y centro del cuadrado, respectivamente.

b) Si situamos una cuarta partícula en el punto A y la soltamos con velocidad nula, se moverá hacia B. ¿Por qué? Determina la velocidad de esta partícula cuando pase por B.

Supón conocida la Constante de Gravitación Universal, G.

Solución: 

"Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (M.R.U.A.)"

Para descargar el guión de la práctica en PDF pincha aquí.

Nivel educativo.

      
       Esta práctica es adecuada para Física y Química de 4º de E.S.O. y 1º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro de los programas de esas asignaturas. En 4º de E.S.O. los alumnos demandarán más ayuda por parte del profesor.

Objetivo de la práctica.

• Comprobar que el movimiento de un móvil es rectilíneo uniformemente acelerado.
• Aprender a tomar datos experimentales y organizarlos en tablas.
• Aprender a realizar gráficas posición-tiempo y velocidad-tiempo, a partir de los datos experimentales, y saber sacar conclusiones de ellas.
• Aprender a calcular la aceleración del móvil a través de las gráficas realizadas.

Material.

      

      Cronovibrador, fuente de alimentación, cuerda fina, polea, pinza de sujeción de la polea, portapesas, pesas, cinta métrica, raíles, carrito y cinta de calco.

Descripción.

       Colocamos el carrito sobre un raíl horizontal y tiramos de él con una cuerda que pasa por una polea. En el otro extremo de la cuerda hay colgado un peso constante, de esta forma el carrito estará sometido a una fuerza constante, ya que la otra fuerza horizontal, la fuerza de rozamiento, también es constante. En el eje perpendicular el peso de carrito se anula con la normal. Por lo tanto si el carrito está sometido a una fuerza resultante constante, ésta producirá una aceleración constante y el movimiento será rectilíneo uniformemente acelerado. Mediante la presente experiencia vamos a comprobar que el movimiento es el descrito.

Energía Potencial Gravitatoria (II)

El vídeo es continuación de "Energía Potencial Gravitatoria (I)" y analiza el Potencial Gravitatorio creado por una masa puntual y por una distribución discreta de masa, la diferencia de potencial entre dos puntos del campo, el signo del trabajo realizado por el campo gravitatorio y las superficies equipotenciales.

Energía Potencial Gravitatoria (I)

El vídeo comienza con una introducción del concepto de trabajo, tanto de una fuerza constante como de una fuerza variable, posteriormente  se explica el concepto de fuerza conservativa y el trabajo que desarrollan, para poder definir la función energía potencial. A partir de ahí se define la energía mecánica y su conservación bajo fuerzas conservativas. Por último el vídeo se centra en el campo gravitatorio y se define y calcula el valor de la Energía Potencial Gravitatoria.

Problema 2 (Intensidad del Campo Gravitatorio y Fuerza Gravitatoria)

Tres masas M₁ = 2.10⁵ kg, M₂ = 2.10⁵ kg y M₃ = 4.10⁵ kg están situadas en los vértices de un triángulo equilátero de lado L =5.10³ m. Calcular:

a) El campo gravitatorio en el ortocentro del triángulo.

b) La fuerza que actuaría sobre una masa de 3.10³ kg al situarla en ese punto.

Solución:

El problema pertenece a la unidad Campo Gravitatorio y desarrolla conceptos de Intensidad del Campo Gravitatorio y Fuerza Gravitatoria. El nivel es de 2º de Bachillerato.

Problema 1 (Intensidad del Campo Gravitatorio)

Dos partículas de masas M₁ y M₂ = 4 M₁ están separadas una distancia d = 3 m. En el punto P, situado entre ellas, el campo gravitatorio total creado por estas partículas es nulo. Calcula la distancia x entre P y M₁.

Solución:

Problema de la Unidad Campo Gravitatorio. Conceptos que desarrolla: Intensidad del Campo Gravitatorio. Nivel: 2º de Bachillerato.

Intensidad del Campo Gravitatorio

En el vídeo se describe el vector "Intensidad del Campo Gravitatorio" en un punto cualquiera del espacio. Campo generado por una partícula y por una distribución discreta de masa, aplicando el Principio de Superposición. También se explica la representación de dicha magnitud mediante las Líneas del Campo Gravitatorio.

Ley de Gravitación Universal de Newton

El vídeo explica la "Ley de Gravitación Universal de Newton", dentro de la unidad "Campo Gravitatorio". También analiza el funcionamiento de la balanza de Cavendish para la determinación de la Constante de Gravitación Universal. El contenido y el nivel es de 2º de Bachillerato.

“Ondas estacionarias en una cuerda”

Para descargar el guión de la práctica en PDF pincha aquí.

Nivel educativo
       
       Esta práctica es adecuada para Física de 2º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro del programa de la asignatura.

Objetivo de la práctica

• Calcular la velocidad de propagación de una onda en una cuerda tensa.
• Visualizar una onda estacionaria en una cuerda sujeta por los dos extremos.
• Estudiar los modos normales de vibración y analizar la relación entre la longitud de la cuerda, la velocidad de propagación y la frecuencia de la onda.

Material

      Cronovibrador, fuente de alimentación, cuerda fina, polea, pinza de sujeción de la polea. Portapesas, pesas, cinta métrica.

Descripción

En una cuerda, sujeta por sus extremos y acoplada a un cronovibrador, se producen ondas estacionarias, como consecuencia de la interferencia entre las ondas que van en un sentido y las que regresan en sentido contrario debido a la reflexión en el extremo opuesto. Se observa claramente la posición de los puntos donde se anulan las ondas y no se produce vibración (nodos) y los que se refuerzan las dos ondas y hay una amplitud doble (vientres). Se puede comprobar que la tensión de la cuerda altera las posiciones de los nodos y los vientres.

Generación de corriente eléctrica a partir de un campo magnético variable

Para descargar el guión de la práctica en PDF pincha aquí.

Nivel educativo

           
         Esta práctica es adecuada para la Física de 2º de Bachillerato, ya que el contenido está dentro del programa de la asignatura. También puede hacerse para niveles inferiores, 1º de Bachillerato y ESO, pero de forma cualitativa, simplemente para visualizar el fenómeno.

Objetivo de la práctica

• Visualizar que un campo magnético variable genera una corriente eléctrica.
• Visualizar que al encender y apagar un circuito de corriente eléctrica continua, se produce durante un instante una corriente variable capaz de general un campo magnético variable que a su vez genera un corriente eléctrica inducida.
• Aprender las técnicas de laboratorio necesarias para realizar el proceso, así como el material utilizado.

Procedimiento experimental montaje 1

          Material

• Dos bobina de 2000 espiras

• Núcleo de hierro laminado en forma de U.

• Generador de corriente alterna (30 voltios)

• Bombilla pequeña como la de una linterna con soporte.

• Cables y pinzas de cocodrilo.

        Descripción

1.  Conectamos la primera bobina a un generador de corriente alterna de 30 voltios.
2. Al  encender el generador pasa por dicha bobina una corriente alterna que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de encender la bombilla que le hemos conectado.
3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y la bombilla se apaga.
4. Repetimos el experimento conectando la primera bobina a un generador de corriente continua, también de 30 voltios, y observando que la bombilla no se enciende. Lo que ocurre es que hemos generado un campo magnético constante, y éste no induce una corriente eléctrica.

Procedimiento experimental montaje 2

         Material

• Dos bobina de 2000 espiras

• Núcleo de hierro laminado en forma de U.

• Generador de corriente continua (30 voltios)

• Polímetro.

• Cables y pinzas de cocodrilo.

       Descripción

1. Conectamos la primera bobina a un generador de corriente continua de 30 voltios.
2. Al encender el generador pasa por dicha bobina, durante un instante, una corriente alterna, ya que se pasa de 0 a 30 V y eso dura un tiempo, que genera un campo magnético variable. Dicho campo magnético atraviesa la segunda bobina e induce en ella una corriente eléctrica alterna, capaz de ser detectada por el polímetro, ya que la aguja se mueve. Cuando la tensión se estabiliza deja de generarse corriente eléctrica, ya que el campo magnético inducido es constante.
3. Al desconectar el generador, el campo magnético desaparece y durante un instante es variable, hasta que se hace cero. Este campo magnético variable vuelve a generar una corriente eléctrica que es detectada por el polímetro.

Con este experimento queda de manifiesto que se puede obtener energía eléctrica a partir de un campo magnético variable.