2.1 Gravitación y segunda ley de Kepler

Animación 6. WillowW Creative Commons

Como ya se ha mostrado antes, la fuerza de gravitación es una fuerza central ya que siempre se dirige hacia el origen, en este caso el Sol que actúa como centro de rotación de la órbita. Esta característica lleva asociada, según indica el principio de conservación del momento angular, que y por lo tanto también lo hará su módulo .

Esta constancia del momento angular justifica la segunda ley de Kepler, según la cual el vector de posición del planeta barre áreas iguales en tiempos iguales.

Imagen 14. Adaptación de RJHall
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Observa la figura, que muestra el movimiento de un planeta. Si el planeta tarda un tiempo en pasar desde hasta . En ese tiempo, el vector de posición barre en ese tiempo un área .

Para deducir la segunda ley de Kepler trabajaremos en forma diferencial; si denominamos al vector que une las posiciones de y , se cumplirá que si la velocidad del planeta es , por la definición de la misma

El área es la mitad del paralelogramo formado por y , cuya superficie viene dada según las propiedades del producto vectorial por:

Multiplicando por ambos términos y teniendo en cuenta la definición del momento angular


pasando el término a la izquierda y a la derecha se obtiene:

Como según se ha indicado es constante, también debe serlo. La magnitud recibe el nombre de velocidad areolar. Su constancia justifica la segunda ley de Kepler, mostrando que el vector posición recorre áreas iguales en tiempos iguales, puesto que su velocidad areolar es constante.

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Animación 7. A.M. de Campos Dominio público

Los planetas no describen órbitas circulares en torno al Sol, sino elípticas. La constancia de la velocidad areolar implica que la velocidad de un planeta es tanto mayor cuanto más cercano se encuentre al Sol.

En el momento en el que se encuentra más lejano (afelio) su velocidad es mínima, mientras que en el momento que se encuentra más cercano (perihelio) su velocidad es máxima. La relación entre los módulos de ambas velocidades viene dada por:

que es exactamente lo que se espera según la Ley de conservación del momento angular que viste en el primer apartado del tema.


Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto
Como has estudiado, la Tierra gira en torno al Sol siguiendo una órbita elíptica con el Sol en uno de sus focos.
Sabiendo que la distancia Sol-Tierra en el afelio es de 15.3·107 km, momento en el que la Tierra se mueve con una velocidad de 30 km·s-1, calcula la velocidad con la que se moverá en el perihelio, si en ese momento la distancia es de 14.8·107 km.

Icono IDevice Pre-conocimiento

Estaciones y eje de rotación de la tierra

Imagen 15. T.Ruen Dominio público
Contrariamente a lo que se podría pensar, la sucesión de las estaciones no se debe a que en su movimiento elíptico la Tierra se aleje y acerque al Sol. Esto tiene un efecto prácticamente imperceptible en el clima. La causa principal es que el eje de giro del globo terrestre no es perpendicular a su movimiento de traslación, sino que está inclinado. Este eje se halla siempre orientado en la misma dirección (salvo el fenómeno de la precesión) y por tanto los hemisferios boreal y austral son desigualmente iluminados por el Sol.

Si el eje de la Tierra no estuviese inclinado el Sol se hallaría todo el año sobre el ecuador y culminaría todos los días del año a la misma altura sobre el horizonte, tanto menor cuanto mayor fuese la latitud, de forma que no habría estaciones.
Sin embargo, la distinta duración de las estaciones sí que tiene que ver con la forma de la órbita ya que la Tierra recorre su trayectoria alrededor del Sol con una velocidad variable. Va más deprisa cuanto más cerca está del Sol y más lento cuanto más alejada está, tal y como has visto en esta sección.

El rigor de las estaciones en cada hemisferio no depende de la distancia al Sol. Como el hemisferio Norte tiene más tierra firme que el hemisferio Sur, cuando es Verano en el Norte la superficie se calienta más rápido y reemite el calor a la atmósfera, generando temperaturas más elevadas. En cambio, como el hemisferio Sur tiene una superficie cubierta mayormente por agua, en el Verano del Sur el calor proveniente del Sol es absorbido por el agua de los océanos y es reemitido a la atmósfera más lentamente, por lo que la temperatura alcanzada no es tan alta como en los veranos del Norte. Lo mismo ocurre con los inviernos.

AV - Pregunta Verdadero-Falso
Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:


La trayectoria que un planeta sigue en su órbita es una figura plana.

Verdadero Falso


La velocidad areolar de un satélite depende de si este se encuentra en el afelio o en el perihelio de su órbita.

Verdadero Falso


La velocidad de un planeta en su afelio es mayor que en su perihelio.

Verdadero Falso


Es imposible que un satélite siga una órbita circular, pues según dice la primera ley de Kepler todas las órbitas deben ser elípticas.

Verdadero Falso