Un cuerpo de 45 kg está situado en la superficie terrestre y pesa 441,45 N. Si el radio de la Tierra es 6,37 ⋅ 106 m. Calcula:
a) La aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra.
b) La masa de la Tierra.
Dato: G = 6,67 ⋅ 10–11 N ⋅ m2/kg2
Datos:
Peso del cuerpo en la superficie terrestre: \( W = 441.45 \, \text{N} \)
Radio de la Tierra: \( R = 6.37 \times 10^6 \, \text{m} \)
Constante de gravitación universal: \( G = 6.67 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2 \)
a) Cálculo de la aceleración de la gravedad (\( g \)) en la superficie terrestre:
La fuerza gravitacional experimentada por un objeto de masa \( m \) situado en la superficie de la Tierra está dada por la ley de gravitación universal:
\[ F = \dfrac{{G \cdot M \cdot m}}{{R^2}} \]
Dado que la fuerza gravitacional \( F \) es igual al peso del cuerpo \( W \), podemos escribir:
\[ W = m \cdot g \]
\[ m \cdot g \ = \dfrac{{G \cdot M \cdot m}}{{R^2}} \]
Despejamos \( g \) (la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre)y simplificamos \( m \) :
\[ g = \dfrac{{G \cdot M}}{{R^2}} \]
Para calcular \( g \), necesitamos conocer la masa de la Tierra \( M \). Vamos a calcularla en el siguiente paso.
b) Cálculo de la masa de la Tierra (\( M \)):
Usando la fórmula de la ley de gravitación universal, podemos despejar \( M \) y calcularlo:
\[ M = \dfrac{{W \cdot R^2}}{{G \cdot m}} \]
Sustituimos los valores dados:
\[ M = \dfrac{{441.45 \, \text{N} \cdot (6.37 \times 10^6 \, \text{m})^2}}{{6.67 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2 \cdot 45 \, \text{kg}}} \]
\[ M \approx 5.96 \times 10^{24} \, \text{kg} \]
Ahora que tenemos \( M \), podemos calcular \( g \):
\[ g = \dfrac{{(6.67 \times 10^{-11} \, \text{N} \cdot \text{m}^2/\text{kg}^2) \cdot (5.96 \times 10^{24} \, \text{kg})}}{{(6.37 \times 10^6 \, \text{m})^2}} \]
\[ g \approx 9.81 \, \text{m/s}^2 \]