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Movimientos orbitales de dos cuerpos en el espacio

Creada09-11-2007
Modificada22-06-2015
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Movimientos Orbitales de la Tierra y la Luna

Si tenemos en cuenta la Luna, debemos considerar que ésta es un cuerpo celeste similar a la Tierra, de un tamaño menor y una masa que es el 1,5% de la masa terrestre. Asimismo, tal como la Tierra, la Luna debería tener sus propios movimientos de Traslación, Rotación y Balanceo Caótico.

Pero la Traslación de la Luna, que debería hacerla viajar en línea recta por el espacio, es superada por la fuerza de atracción de la Tierra, por lo que la Luna se traslada en una órbita alrededor de aquella.

La Luna gira en torno a la Tierra, a una distancia media de unos 385.000 Km, completando una vuelta a su alrededor cada 27 días. La velocidad de rotación de la Luna también coincide con su período orbital, de ahí que desde la Tierra siempre veamos la misma cara de la Luna. Siendo su rotación mucho más lenta, el achatamiento de la luna es mucho menor que el de la Tierra, por lo que es más esférica, pero este es un dato que no afecta particularmente a la Tierra.

Lo que sí debemos tener en cuenta es que, cuando se trata de dos cuerpos en el espacio, a una distancia bastante cercana, la masa de cada uno de ellos afecta al movimiento del otro. Si la velocidad y la dirección del movimiento impone que ambos cuerpos acaben alejándose para siempre, su influencia será momentánea pero las desviaciones que sufran serán permanentes.

Pero si la velocidad a la que se desplazan es lo bastante baja, ninguno de los dos tendrá fuerza suficiente para alejarse definitivamente del otro, y quedarán permanentemente girando en torno el uno del otro. Han formado un sistema binario.

La Tierra y la Luna forman un Sistema Binario, cada uno de ellos atraído por el otro, cada uno alterando su velocidad y cayendo hacia el otro. Como la Tierra es mucho más grande y masiva que la Luna, su movimiento se ve menos perturbado que el de ella, de ahí que, aparentemente, sea la Luna la que gira alrededor de la Tierra. Decimos entonces que la Luna recorre una órbita alrededor de la Tierra.

El Movimiento Orbital

El movimiento de un cuerpo en órbita puede describirse como un proceso de caída que nunca llega a completarse ya que su movimiento incorpora un componente lateral que hace que la caída se verifique en una dirección distinta al lugar donde se encuentra el centro de su órbita.
Veamos una explicación sencilla de en qué consiste el movimiento orbital.

Si la Tierra y la Luna estuvieran detenidas en el espacio, a la distancia que tienen actualmente, 385.000 Km, la atracción gravitatoria entre ellas haría que ambas se aceleraran la una hacia la otra. Como la masa de la Luna es mucho menor que la de la Tierra, se aceleraría mucho más, hasta llegar a chocar ambos cuerpos. Esto ocurriría en tan solo siete días, y en el momento de chocar la velocidad de la Luna sería aproximadamente de 1 Km/s.

Explicación de la Orbita No obstante, imaginemos que la Luna, antes de empezar a caer hacia la Tierra, llevase un movimiento lateral de UN Km/s. Con esa velocidad, visto desde la Tierra, la Luna se desplaza lateralmente, pero al mismo tiempo la fuerza de atracción de la Tierra hace que ese desplazamiento 'caiga' hacia la Tierra. El resultado es que en 24 horas la Luna habrá avanzado en el cielo unos 12º, pero su trayectoria también se ha inclinado 12º hacia la Tierra y como resultado la Luna estará a la misma distancia que antes y desplazándose a la misma velocidad, con lo cual el ciclo vuelve a iniciarse en las mismas condiciones en que empezaron. Y así sucesivamente hasta completar una vuelta completa en algo más de 27 días.

Los puristas matemáticos comprobarán de inmediato que estas cantidades no son exactas, sino aproximadas.

Mi intención es explicar los movimientos orbitales con la mayor sencillez posible, sin recurrir a cálculos complejos ni a las matemáticas más que cuando sea estrictamente necesario.

Si una vez comprendidos estos movimientos estáis interesados en conocer cantidades y fórmulas exactas os recomiendo consultar cualquier enciclopedia astronómica.

Por supuesto, esto sería sólo si la velocidad de la Luna fuese la exacta y necesaria para mantener una órbita circular, pero es muy difícil que esto ocurra. Por regla general la velocidad inicial puede ser mayor o menor y eso hará que el movimiento de la Luna no siga una órbita circular sino elíptica. Algunas veces la trayectoria de la Luna se alejará de la Tierra, en cuyo caso su velocidad irá disminuyendo, y otras veces se irá acercando, con lo que también se irá acelerando.

Tal como una piedra que arrojemos al aire, mientras la piedra va subiendo, va frenando. Cuando desciende, va acelerando.

¿Cómo es una elipse?

Bueno, pensad en cómo dibujar una circunferencia sin tener un compás a mano. Pinchad una chincheta en la mesa y atad a ella una cuerda. En el otro extremo atad un lápiz y deslizarlo por la mesa procurando que la cuerda siempre esté tensa. Al final tendréis una curva en la que todos los puntos están a la misma distancia de su centro.

Así se dibuja una circunferencia.

Dibujar una elipse con chinchetas y cuerda Ahora clavad dos chinchetas a una cierta distancia, y atad a ambas los extremos de una cuerda que sea más larga que la distancia entre ellos. Coged un lápiz y, deslizándolo por la mesa, tensad con él la cuerda. Intentad trazar un círculo manteniendo la cuerda siempre tensa entre la punta del lapiz y las dos chinchetas, y lo que os saldrá al final es una elipse.

Esta es una curva que tiene dos centros y las distancias de cualquier punto de la elipse a los dos centros siempre suman lo mismo. Pero el decir centros, puede llevar a confusión ya que el centro real sería el punto donde se cruzan los dos ejes de la elipse, por tanto, a los puntos donde hemos pinchado las chinchetas vamos a llamarlos focos.

Si las chinchetas están más juntas, la elipse será más redonda, si las chinchetas están más separadas la elipse será más alargada, y eso nos da un parámetro que es la excentricidad, que nos dice cuán lejos están los focos del centro de la elipse. Por lógica veréis que si los focos coincidiesen en el mismo punto, si los dos extremos de la cuerda los atásemos a una sola chincheta, la curva que tendríamos sería completamente circular, su excentricidad sería CERO. En cualquier otro caso siempre tendremos una elipse y en ella los dos focos estarán siempre a igual distancia del centro de la elipse.

Apogeo y Perigeo de la LunaLa órbita de la Luna, o de cualquier cuerpo espacial, tiene forma elíptica y la Tierra siempre ocupa uno de los focos. Esto hace que podamos distinguir una distancia más corta, el Perigeo, y otra más larga, el Apogeo. Estos dos mismos puntos, en la órbita de la Tierra alrededor del Sol se llaman Perihelio y Afelio, y en general, en cualquier elipse se llamarán Periapsis y Apoapsis.

Así mismo debemos tener en cuenta los TRES ejes de una órbita elíptica. El Eje Mayor y el Eje Menor son los dos ejes de simetría que dividen la órbita y que pasan por el Centro de la Elipse. Y también por ese centro, pero en dirección perpendicular al plano de la elípse, pasa el Eje Vertical de la Elipse.

Así pues la órbita elíptica es algo más compleja que la circular, pero igualmente estable y, de hecho, es la que siguen casi todos los cuerpos celestes y, si no hay interferencias exteriores, ni influencias extrañas, esta órbita es perfectamente estable y puede repetirse de forma indefinida por toda la eternidad...

Salvo algunas pequeñas variaciones.

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