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Fisica 2° · 2024
Libro de Física 2 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Velocidad lineal de la Luna en su traslación alrededor de la Tierra

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 2° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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v = 2πr/T ≈ 2 415 266 km ÷ 656 h ≈ 3,68 × 10³ km/h ≈ 1,02 × 10³ m/s (≈ 1 km/s).

📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 3 min lectura

Solución — Página 46

Fisica 2° · 2024

5
Ejercicio 5

La Luna es un satélite natural que gira alrededor de la Tierra. Tarda aproximadamente 27 días y 8 horas en rodearla con su movimiento de traslación.

a
Parte 5.a

Imagino el movimiento en una órbita circular. Calculo la velocidad lineal en su movimiento de traslación tomando en cuenta que la distancia entre la Tierra y la Luna es de 384 400 kilómetros.

  1. Identifico los datos del problema:

    • Radio de la órbita (distancia Tierra–Luna): r = 384\,400 \, \text{km}
    • Periodo de traslación: T = 27 \, \text{días} \, 8 \, \text{horas}
  2. Convierto el periodo a horas: como 1 \, \text{día} = 24 \, \text{h}, T = 27 \times 24 \, \text{h} + 8 \, \text{h} = 648 \, \text{h} + 8 \, \text{h} = 656 \, \text{h}

  3. Convierto el periodo a segundos (si quiero el resultado en m/s): T = 656 \times 3600 \, \text{s} = 2\,361\,600 \, \text{s}

  4. Como imagino una órbita circular, la distancia recorrida en un periodo es la circunferencia de la órbita: C = 2\pi r = 2\pi (384\,400 \, \text{km}) C \approx 2 \times 3{,}1416 \times 384\,400 \, \text{km} \approx 2\,415\,266 \, \text{km}

  5. Aplico la definición de velocidad lineal media, v = \dfrac{d}{t}, con d = C y t = T: v = \frac{2\,415\,266 \, \text{km}}{656 \, \text{h}}

  6. Realizo la división: v \approx 3\,681{,}8 \, \text{km/h} \approx 3{,}68 \times 10^{3} \, \text{km/h}

  7. Convierto a metros por segundo (1 \, \text{km/h} = \dfrac{1}{3{,}6} \, \text{m/s}): v = \frac{3\,681{,}8}{3{,}6} \, \text{m/s} \approx 1\,023 \, \text{m/s} \approx 1{,}02 \times 10^{3} \, \text{m/s}

Respuesta

la velocidad lineal de la Luna en su traslación es aproximadamente v \approx 3{,}68 \times 10^{3} \, \text{km/h}, es decir, unos 1{,}02 \times 10^{3} \, \text{m/s} (aproximadamente 1 km/s).

Contenido de la página

5. Leo el siguiente problema y realizo las actividades a continuación:

La Luna es un satélite natural que gira alrededor de la Tierra. Tarda aproximadamente 27 días y 8 horas en rodearla con su movimiento de traslación.

[Imagen: la Tierra con la Luna orbitando en una elipse, con una línea punteada que indica la distancia entre ambos cuerpos. Fuente: https://ln9.cl/3rpts]

a) Imagino el movimiento en una órbita circular. Calculo la velocidad lineal en su movimiento de traslación tomando en cuenta que la distancia entre la Tierra y la Luna es de 384 400 kilómetros.

(Espacio de trabajo cuadriculado para el desarrollo del ejercicio.)

Ejemplos resueltos

Un satélite artificial orbita la Tierra a 400 km de altitud con un periodo de 90 minutos. Calcular su velocidad lineal si la órbita es circular de radio 6 800 km.

  1. T = 90 \, \text{min} = 5\,400 \, \text{s}. 2. C = 2\pi (6\,800) \approx 42\,726 \, \text{km}. 3. v = \dfrac{42\,726 \, \text{km}}{1{,}5 \, \text{h}} \approx 28\,484 \, \text{km/h} \approx 7\,912 \, \text{m/s}.

Tabla

Magnitud Valor Unidad
Radio de la órbita (r) 384 400 km
Periodo de traslación (T) 27 d 8 h = 656 h
Periodo en segundos 2 361 600 s
Circunferencia de la órbita (2πr) ≈ 2 415 266 km
Velocidad lineal (v) ≈ 3 681,8 km/h
Velocidad lineal (v) ≈ 1 023 m/s

Diagrama

flowchart LR
  A[Datos: r = 384 400 km; T = 27 d 8 h] --> B[Convertir T = 656 h = 2 361 600 s]
  B --> C[Circunferencia C = 2πr ≈ 2 415 266 km]
  C --> D[v = C/T ≈ 3 681,8 km/h]
  D --> E[v ≈ 1 023 m/s ≈ 1,02 × 10³ m/s]

Fórmulas y ecuaciones

v = \dfrac{2\pi r}{T}

C = 2\pi r

v = \dfrac{d}{t}

T = 27 \times 24 \, \text{h} + 8 \, \text{h} = 656 \, \text{h}

C = 2\pi r = 2\pi (384\,400 \, \text{km}) \approx 2\,415\,266 \, \text{km}

v = \frac{C}{T} = \frac{2\pi r}{T}

v \approx \frac{2\,415\,266 \, \text{km}}{656 \, \text{h}} \approx 3\,681{,}8 \, \text{km/h}

v \approx \frac{3\,681{,}8}{3{,}6} \, \text{m/s} \approx 1\,023 \, \text{m/s}

Glosario (5)

Satélite natural
Cuerpo celeste que orbita alrededor de otro de mayor tamaño, como la Luna respecto a la Tierra.
Movimiento de traslación
Movimiento de un cuerpo alrededor de otro siguiendo una trayectoria cerrada, completada en un tiempo llamado periodo.
Velocidad lineal
Rapidez con la que un cuerpo recorre una distancia determinada en un tiempo dado, v = d/t.
Órbita circular
Trayectoria de forma circular que describe un satélite alrededor del cuerpo que atrae.
Periodo
Tiempo que tarda un cuerpo en completar una vuelta completa alrededor de otro.

Preguntas para practicar

¿Por qué puedo suponer que la órbita de la Luna es circular para este cálculo, aunque en realidad sea elíptica?

Porque la órbita real de la Luna es una elipse de excentricidad pequeña (e ≈ 0,055), muy cercana a una circunferencia; al aproximarla como circular se simplifica el cálculo usando C = 2πr y la diferencia con el valor real es menor que el 5 %. Solo habría que usar la forma elíptica si se exigiera mucha precisión, calculando la longitud de la elipse.

¿Qué ocurriría con la velocidad lineal de la Luna si la distancia Tierra–Luna aumentara pero el periodo se mantuviera constante?

Como v = 2πr/T, si r aumenta y T no cambia, la velocidad lineal aumentaría proporcionalmente: al duplicar el radio, la velocidad se duplicaría, ya que la Luna debería recorrer una circunferencia mayor en el mismo tiempo.

Temas y conceptos clave

Movimiento de traslación de la LunaVelocidad lineal en órbita circularCinemática circularsatélite naturalperiodo de traslaciónórbita circularcircunferenciavelocidad lineal media

Fuentes y referencias

  • https://ln9.cl/3rpts
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Figuras de la página (1)

Ilustración de la Tierra (vista de África y América) con la Luna orbitando alrededor en una trayectoria elíptica gris; una línea negra discontinua une el centro de la Tierra con la Luna indicando la distancia entre ambos. Pie de foto: Fuente https://ln9.cl/3rpts.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se calcula la velocidad lineal de un satélite en órbita circular?
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¿Cuánto demora la Luna en dar una vuelta completa a la Tierra?
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¿Qué relación hay entre la velocidad lineal, el radio y el periodo de una órbita?
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📌 Antes de leer esto
  • • Convertir unidades de tiempo (días a horas y a segundos)
  • • Fórmula de la circunferencia C = 2πr
  • • Definición de velocidad media v = d/t
Siguiente tema sugerido
Velocidad angular y relación entre velocidad lineal y angular (v = ωr) en el movimiento circular
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  1. Leo el siguiente problema y realizo las actividades a continuación: La Luna es un satélite natural que gira alrededor de la Tierra. Tarda aproximadamente 27 días y 8 horas en rodearla con su movimiento de traslación.

Fuente: https://n9.cl/3rpts

a) Imagino el movimiento en una órbita circular. Calculo la velocidad lineal en su movimiento de traslación tomando en cuenta que la distancia entre la Tierra y la Luna es de 384 400 kilómetros.

Texto de Física \ ¿5

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