Gjenstand faller mot planet og måne

Del 2, alle hjelpemidler

Gjenstand faller mot planet og måne

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En planet uten atmosfære har masse M=2,60⋅1026 kg og radius R=2,30⋅107 m. Et punkt P er en avstand d=5,50⋅107 m fra overflata til planeten. Se bort fra alle andre felt enn planeten sitt gravitasjonsfelt i oppgave a og b. Se bort fra luftmotstand i hele oppgaven.

Planet med masse M og radius R og punktet P i avstand d fra overflata

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvor stor er gravitasjonsfeltstyrken i punktet P?

En gjenstand faller rett mot sentrum av planeten. I fallet passerer den punktet P med farten 9,80 km/s.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem hvor stor fart gjenstanden treffer overflata på planeten med.

I et annet tilfelle er det en måne på linja mellom sentrum av planeten og punktet P. Månen har masse m=1,50⋅1023 kg og radius r=1,20⋅105 m. Avstanden fra punktet P til sentrum av månen s=1,00⋅107 m. Figuren nedenfor er ikke i riktig størrelsesforhold. Se bort fra alle andre felt enn planeten og månen sitt gravitasjonsfelt i oppgave c.

Planet, måne med masse m og punktet P med avstandene s og d

En gjenstand slippes fra ro i punktet P. Se bort fra bevegelsen til planeten og månen.

Hjelpemiddelkrav: Oppsett for hånd

Hvor lang tid tar det før gjenstanden treffer månen? Du kan ta utgangspunkt i koden ved siden av.

gamma = 6.67E-11
M = 2.60E26
m = 1.50E23
v = 0
t = 0
⁞
dt = 0.01
while ... :

print(t)
Fasit

g=2,85 N/kg

v=3,40⋅104 m/s=34,0 km/s

t=2,48⋅103 s (omtrent 41 minutter)

LøsningsforslagKI-generert

Gravitasjonsfeltstyrken er gravitasjonskraften per masse. Avstanden fra sentrum av planeten til P er R+d:

g=γM(R+d)2=6,67⋅10−11 Nm2/kg2⋅2,60⋅1026 kg(2,30⋅107 m+5,50⋅107 m)2=2,85 N/kg

Planeten har ingen atmosfære, så gravitasjonskraften er den eneste kraften på gjenstanden, og den mekaniske energien er bevart. Gravitasjonsfeltstyrken endrer seg mye på veien, så vi må bruke den potensielle energien Ep=−γMmr, ikke mgh. Med m som massen til gjenstanden:

12mvP2−γMmR+d=12mv2−γMmR

Massen m forkortes bort:

v=vP2+2γM(1R−1R+d)
v=(9,80⋅103 m/s)2+2⋅6,67⋅10−11 Nm2/kg2⋅2,60⋅1026 kg⋅(12,30⋅107 m−17,80⋅107 m)
v=3,40⋅104 m/s

Gjenstanden starter i ro og faller langs linja mot månen og planeten. Både planeten og månen ligger på samme side av gjenstanden, så begge gravitasjonskreftene peker samme vei, mot planeten. Kreftene øker når avstandene minker, så akselerasjonen er ikke konstant. Vi løser bevegelsen numerisk med Eulers metode.

La x være strekningen gjenstanden har falt fra P. Da er avstanden til sentrum av planeten R+d−x og avstanden til sentrum av månen s−x. Newtons 2. lov gir

a=γM(R+d−x)2+γm(s−x)2

Gjenstanden treffer månen når avstanden til sentrum av månen er lik radien r, altså når x=s−r. Løkka går så lenge x<s−r:

gamma = 6.67E-11
M = 2.60E26
m = 1.50E23
R = 2.30E7      # radius planet
d = 5.50E7      # avstand fra P til planetoverflata
r = 1.20E5      # radius måne
s = 1.00E7      # avstand fra P til månesentrum
v = 0
t = 0
x = 0           # strekning gjenstanden har falt fra P (positiv mot planeten)

dt = 0.01
while x < s - r:
    avstand_planet = R + d - x
    avstand_mane = s - x
    a = gamma*M/avstand_planet**2 + gamma*m/avstand_mane**2
    v = v + a*dt
    x = x + v*dt
    t = t + dt

print(t)

Programmet skriver ut

2479.1000000076924

Med dt=1 s gir programmet 2479 s, så tidssteget er mer enn lite nok. Det tar 2,48⋅103 s, omtrent 41 minutter, før gjenstanden treffer månen.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 H2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt