Física: el arte de hacer visible lo invisible.
Velocidad Orbital
La velocidad orbital es la rapidez que necesita un objeto (como un satélite o una nave espacial) para mantenerse girando alrededor de otro más grande, como la Tierra, sin salirse de su órbita y sin caer al vacío. Esta velocidad depende de la gravedad del objeto central (en nuestro caso, la Tierra) y de la distancia entre ambos cuerpos.
¿Qué es la fuerza centrípeta?
En este gráfico podemos ver la Tierra en el centro y una órbita alrededor de ella. En esta órbita se encuentra un satélite que está girando en torno a la Tierra.
Cuando un objeto se mueve en un círculo, como este satélite en su órbita, necesita una fuerza que lo mantenga en esa trayectoria curva y lo empuje constantemente hacia el centro. A esta fuerza se le llama fuerza centrípeta.
Fuerza centrípeta fórmula
La fuerza centrípeta se calcula como el producto de la masa del objeto por la aceleración centrípeta:
Fc = m · ac
¿Qué es la aceleración centripeta?
En este caso, la aceleración centrípeta es la velocidad del satélite al cuadrado dividida entre el radio de la órbita:
Aceleración centrípeta formula
ac = v2 / r
¿Cómo se calcula la velocidad Orbital?
Como ya hemos visto, la fuerza centrípeta es la que mantiene al satélite en órbita. Sin embargo, sabemos que esa fuerza centrípeta es, en realidad, la fuerza gravitatoria, la cual surge porque la Tierra atrae al satélite debido a su masa.
Por lo tanto, podemos decir que la fuerza centrípeta y la fuerza gravitatoria son iguales, y podemos igualarlas en una sola expresión.
Al igualarlas, vemos que es posible simplificar la expresión y llegar a que la velocidad es igual a la raíz cuadrada de la constante gravitatoria universal multiplicada por la masa de la Tierra, dividido entre la distancia entre los centros de la Tierra y el satélite:
Velocidad Orbital Formula
v = √(G · MT / r)
Este resultado se obtiene al cancelar las masas del satélite y reorganizar la ecuación. Además, es importante recordar que el valor de r representa la suma del radio de la Tierra (RT) más la altura h a la que se encuentra el satélite:
r = RT + h
Esta expresión nos será útil en futuros ejercicios para calcular la velocidad orbital de un satélite en función de su distancia a la Tierra.
Diferencias entre la fuerza centrípeta y centrífuga
Para entender mejor el movimiento en órbita, es importante conocer la diferencia entre la fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga.
La fuerza centrípeta es la fuerza real que actúa hacia el centro del círculo y que permite que un objeto en movimiento siga una trayectoria circular. En el caso de un satélite, esta fuerza centrípeta es proporcionada por la fuerza gravitatoria de la Tierra, que lo mantiene en su órbita.
Por otro lado, la fuerza centrífuga es una fuerza aparente que sentimos en un sistema en rotación. Es decir, desde la perspectiva del objeto en movimiento (como el satélite), parecería que existe una fuerza que empuja hacia afuera. Sin embargo, esta fuerza no actúa realmente sobre el objeto, sino que es una sensación que surge debido a la inercia del objeto que sigue una línea recta mientras se le obliga a moverse en círculo.
En resumen, la fuerza centrípeta es la fuerza real que tira hacia el centro, mientras que la fuerza centrífuga es una sensación aparente de empuje hacia afuera cuando estamos en un sistema en movimiento circular.