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a) Tendremos lo que aparece en la figura. El trabajo no es constante, ya que la distancia al centro de la Tierra no es constante, sino que depende del punto del agujero en que nos encontremos. Entonces:
F y dr son paralelos ya que la fuerza es la de atracción gravitatoria (dirección radial) y dr también tiene esa dirección. Entonces el ángulo que forman estos dos vectores es de 0o, y el coseno de 0o vale la unidad:
F·dr=Fdrcosθ=Fdr
Nos queda entonces:
La fuerza en cualquier instante será:
siendo M´ la masa de Tierra contenida dentro de la esfera de radio r (las capas exteriores no ejercen fuerza). Como la densidad de la Tierra es constante:
donde hemos llamado M a la masa total de la Tierra, V a su volumen, V´ al volumen correspondiente a la esfera de radio r, R al radio de la Tierra y ρ a su densidad. Sustituyendo lo que hemos obtenido:
b) El trabajo realizado por la fuerza F se invierte en variar la energía cinética entre los puntos 1 de la superficie de la Tierra , donde se suelta la masa m sin velocidad, y 2 en el centro de la Tierra. Entonces tendremos: