FICHA X-P01
Integrada

Un balón lanzado en Marte

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TipoIntegrada Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.14 min Media9 min Origen preguntaRedactado Verificación soluciónPropia sin verificar Completado con IA
Prerrequisitos
  • Fichas base: A1-P03 (proyectil lanzado con ángulo) y D1-P01 (intensidad de campo gravitatorio g = GM/r²)
  • Cerca de la superficie de un planeta, la aceleración de caída es la intensidad del campo gravitatorio: g = GM/R²
  • Proyectiles sin resistencia: componente horizontal constante; componente vertical con aceleración g

En Marte se lanza un balón desde el suelo con una rapidez inicial de 15 m s⁻¹ y un ángulo de 40° sobre la horizontal. Se desprecia cualquier resistencia atmosférica. masa de Marte = 6,42 × 10²³ kg radio de Marte = 3,39 × 10⁶ m G = 6,67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻²

a Calcula la intensidad del campo gravitatorio en la superficie de Marte. [2]
b Calcula el tiempo de vuelo del balón y su altura máxima. [3]
c Calcula el alcance horizontal. [1]
d Indica cuántas veces mayor es el alcance en Marte que el que tendría el mismo lanzamiento en la Tierra (g = 9,81 m s⁻²). [1]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Intensidad de campo gravitatorio en la superficie de un planeta: g = GM/R². — Cuadernillo, Tema D.1.
  • Proyectiles: x = v_x·t; en vertical, v_y = v₀ sen θ − g·t; la altura máxima se alcanza cuando v_y = 0.
  • A igual velocidad inicial y ángulo, el alcance en un plano horizontal es inversamente proporcional a g.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topics A.1 Kinematics y D.1 Gravitational fields.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema D.1 (g = GM/r²) y Tema A.1 (ecuaciones del movimiento).
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Apartado a) — g = GM/R² = 6,67 × 10⁻¹¹ × 6,42 × 10²³/(3,39 × 10⁶)² = 4,28 × 10¹³/1,15 × 10¹³ ≈ 3,73 m s⁻².
Apartado b) — v_y = 15 sen 40° = 9,64 m s⁻¹. Tiempo de vuelo t = 2v_y/g = 2 × 9,64/3,73 ≈ 5,2 s. Altura máxima h = v_y²/(2g) = 92,97/7,45 ≈ 12 m.
Apartado c) — v_x = 15 cos 40° = 11,5 m s⁻¹; alcance = v_x · t = 11,5 × 5,18 ≈ 59 m.
Apartado d) — Alcance ∝ 1/g: 9,81/3,73 ≈ 2,6. En Marte el alcance es unas 2,6 veces mayor (en la Tierra sería de unos 23 m).