\(\mathrm{m}\) દળ ધરાવતા સેટેલાઈટને પૃથ્વીની સપાટીથી શિરોલંબ દિશામાં \(u\) વેગથી લોન્ચ કરવામાં આવે છે. \(\mathrm{R}\) (\(R =\) પૃથ્વીની ત્રિજ્યા) ઊંચાઈ પર પહોચ્યા પછી તે \(\frac{\mathrm{m}}{10}\) દળના રોકેટમાથી બહાર આવીને વર્તુળાકાર કક્ષામાં પહોચે છે તો રોકેટની ગતિઉર્જા કેટલી થશે? (\(G\) ગુરુત્વાકર્ષણનો અચળાંક ; \(\mathrm{M}\)પૃથ્વીનું દળ)

Applying energy conservation

\({\mathrm{K}_{1}+\mathrm{U}_{\mathrm{i}}=\mathrm{K}_{\mathrm{f}}+\mathrm{U}_{\mathrm{f}}}\)

\({\frac{1}{2} \mathrm{mu}^{2}+\left(-\frac{\mathrm{GMm}}{\mathrm{R}}\right)=\frac{1}{2} \mathrm{mv}^{2}-\frac{\mathrm{GMm}}{2 \mathrm{R}}}\)

\(\mathrm{v}=\sqrt{\mathrm{u}^{2}-\frac{\mathrm{GM}}{\mathrm{R}}}\)

By momentum conservation, we have

\(\frac{\mathrm{m}}{10} \mathrm{v}_{\mathrm{T}}=\frac{9 \mathrm{m}}{10} \sqrt{\frac{\mathrm{GM}}{2 \mathrm{R}}}\)

and \(\frac{\mathrm{m}}{10} \mathrm{v}_{\mathrm{r}}=\mathrm{mv}\)

\(\Rightarrow \frac{\mathrm{m}}{10} \mathrm{v}_{\mathrm{r}}=\mathrm{m} \sqrt{\mathrm{u}^{2}-\frac{\mathrm{GM}}{\mathrm{R}}}\)

Kinetic energy of rocket

\({=\frac{1}{2} \mathrm{m}\left(\mathrm{v}_{\mathrm{T}}^{2}+\mathrm{v}_{\mathrm{r}}^{2}\right)}\)

\({=\frac{\mathrm{m}}{20}\left(81 \frac{\mathrm{GM}}{2 \mathrm{R}}+100 \mathrm{u}^{2}-100 \frac{\mathrm{GM}}{\mathrm{R}}\right)}\)

\({=\frac{\mathrm{m}}{20}\left(100 \mathrm{u}^{2}-\frac{119 \mathrm{GM}}{2 \mathrm{R}}\right)}\)

\({=5 \mathrm{m}\left(\mathrm{u}^{2}-\frac{119 \mathrm{GM}}{200 \mathrm{R}}\right)}\)