martes, 20 de febrero de 2007

ÓRBITAS: Tipos de órbitas


Continuemos con las órbitas, mis chorlitos. Hoy hablaremos de las formas que pueden adoptar, y de los “originalísimos” nombres que los humanos les han puesto a algunas de ellas.

Que una órbita tenga una u otra forma depende de la energía total del objeto que la describe: su energía cinética más su energía potencial (es decir, de su velocidad y su distancia al centro de atracción). Para una misma distancia al centro de atracción, será la velocidad lo que determinará el tipo de órbita:

ELÍPTICA si la velocidad es pequeña (y la elipse será más pequeña cuanto menor sea la velocidad, llegando al punto en que, si la velocidad es nula, el cuerpo caerá hacia el centro de atracción en línea recta). En una órbita elíptica, el punto más cercano al foco se denomina pericentro (perigeo para una órbita alrededor de la Tierra y perihelio para alrededor del Sol), y el más lejano apocentro (apogeo para la Tierra y afelio para el Sol).

CIRCULAR para el valor de la velocidad que hace que la fuerza de atracción gravitatoria sea igual a la centrípeta (debida al giro). Por tanto, sólo hay una velocidad, dado un radio de órbita determinado, para la que el objeto describe un círculo.

PARABÓLICA si la velocidad es tal que la energía cinética y la potencial gravitatoria son iguales (habiendo también un único valor de la velocidad, dada la altura de la órbita, que cumple esta condición). En este caso, se puede considerar que el apocentro está en el infinito, de modo que un cuerpo con este tipo de órbita sería capaz de "escapar" del campo gravitatorio del cuerpo celeste en cuestión. La velocidad necesaria para adoptar una órbita parabólica se conoce, por tanto, con el nombre de "velocidad de escape".

HIPERBÓLICA para cualquier velocidad por encima de la de escape, con la que teóricamente se puede ir hasta el infinito y más allá (desde el punto de vista del cuerpo celeste en torno al que estamos orbitando, por supuesto, ya que si escapamos del campo gravitatorio de la Tierra, por ejemplo, aún estamos bajo la influencia del Sol).

Hay unas cuantas que los humanos utilizan bastante a menudo, y que por ello tienen el honor de poseer nombre propio. Comenzando por la Órbita Terrestre Baja (OTB, LEO en inglés), que es la que, con el menor impulso, permite salir de la atmósfera terrestre y orbitar el planeta, a una altitud de entre 200 y 2000 km.

La órbita Molniya (HEO), utilizada por los rusos, es una órbita de gran excentricidad (apogeo de 70.000 km y perigeo de 10.000 km) que sirve para cubrir las zonas cercanas a los polos de la Tierra durante la mayor parte del tiempo de vuelo.

Y otra órbita muy utilizada, sobre todo para hacer fotos por satélite, es la Heliosíncrona, que sobrevuela la Tierra siguiendo al Sol, y que pasa por cada punto de su recorrido siempre a la misma hora local.

Pero la más popular es sin duda la órbita Geoestacionaria (GEO). Es una órbita circular de 35.786 km de altitud, situada en el plano del Ecuador, en la que los satélites orbitan el planeta a la misma velocidad angular a la que éste gira. Esto quiere decir que un satélite que se encuentre en esta órbita se verá desde la Tierra siempre en el mismo lugar del cielo, lo que le permite una cobertura constante de una zona determinada (los satélites de comunicaciones y meteorológicos suelen estar situados en ella).

Actualmente hay más de 400 satélites en órbita Geoestacionaria. Como curiosidad, fue al escritor de ciencia-ficción Arthur C. Clarke a quien se le ocurrió por primera vez que colocar un satélite en esa órbita podría ser una buena idea. Hoy en día la órbita GEO está saturada, porque ya sabéis que cuando los humanos cogen el gusto por algo no saben controlarse. Si queréis ver cómo nos tienen de guarreados los alrededores de la Tierra, pinchad aquí.

Se puede adivinar dónde viven los humanos sólo por la cantidad de porquería que les rodea. La verdad es que son un poco asquerosos, ¿no creéis? (Sin mencionar cómo están dejando el planeta, claro; que ésa es otra historia. No me extraña que quieran irse.)

13 piopíos:

El Otro dijo...

Genial! Lo que es tener el conocimiento y querer transmitirlo.

Veo que por fin tengo respuesta a mi pregunta de la 'velocidad de escape' dato que usare si algun dia me decido a escribir esa novela/relato de ciencia ficcion que tengo en el tintero desde hace ya unos meses (aun en fase de pensamiento cientifico del problema).

Ahora va mi pregunta dificil. Corrigeme si me equivoco, las orbitas que describes son planas ?existen otro tipo de orbitas que no sean planas? Por ejemplo una orbita eliptica o circular que en vez de un plano siga una oscilacion armonica (o no armonica, ya puestos seguro que es m'as facil).

Un saludo,

El Otro

Lyd dijo...

¡Da gusto con chorlitos tan aplicados como tú! ;) Veamos si puedo responderte de forma clara y concisa.

Todo cuerpo que orbite un centro de atracción estará siempre contenido en el plano definido por la dirección de la velocidad y la línea que lo une a dicho centro (el vector de posición r). Y si no hay ninguna fuerza que altere su trayectoria, describirá efectivamente una órbita contenida siempre en el mismo plano, ya que el producto vectorial de la velocidad y del vector de posición es otro vector siempre constante en módulo y dirección (ésta es una de las leyes de Kepler: "Los planetas describen órbitas planas y elípticas alrededor del Sol").

Si quieres obtener una órbita alabeada (no plana), será necesario que produzcas un impulso que no esté contenido en el plano de la órbita (con lo cual cambiarás de órbita). Así, el vector velocidad resultante y el vector de posición definirán un plano disinto al anterior, que contendrá la nueva órbita. Por supuesto, para poder salir de este nuevo plano también será necesario otro impulso no contenido en el mismo. Por lo tanto, si quieres una órbita que oscile, será necesario que varíes continuamente la dirección de la velocidad del satélite, con el gasto de energía que eso conlleva. Y si además quieres que la órbita siga una determinada trayectoria elíptica o circular, tendrás que hacer correcciones constantes para que el módulo de la velocidad sea el adecuado (ten en cuenta que cada impulso introducido se suma a la velocidad que ya llevaba el satélite).

En resumen: no sólo es complicado, además es muy costoso desde el punto de vista energético.

Sin embargo, en la práctica, las perturbaciones que actúan sobre el cuerpo (de las que ya hemos hablado un poco) introducen pequeñas modificaciones en las órbitas, por lo que parámetros que en teoría deberían permanecer constantes realmente sí que presentan variaciones (que pueden ser de carácter lineal -perturbaciones seculares- u oscilatorio -perturbaciones periódicas-). Esto quiere decir que, de forma natural, con el tiempo (a veces es necesario que pase mucho tiempo para poder apreciarlo), los planos de las órbitas (y otros muchos parámetros que las definen) van cambiando. De modo que a veces se hace necesario invertir algo de energía para mantener al satélite en la órbita en la que tiene que estar, si la precisión de su posición es importante.

La Teoría de Perturbaciones analiza todo esto matemáticamente, y es uno de los temas más aburridos de la asignatura de Mecánica Orbital de la Escuela, aunque la verdad es que tengo la sensación de que es la forma de exponerlo, porque el tema es bastante interesante. En fin, es lo que tiene la Universidad pública española, qué le vamos a hacer...

Lyd dijo...

Por cierto, ya nos enseñarás esa novela/relato de ciencia ficción, que seguro que está interesante! ;)

Y debo hacer una corrección: dije que las perturbaciones seculares son lineales, pero no tienen por qué serlo. Una perturbación es secular cuando se va acumulando con el tiempo (es decir, cuando no oscila). Puede obedecer a una ley lineal, parabólica, logarítmica o lo que sea, siempre y cuando no varíe de forma periódica.

El Otro dijo...

Que gustazo este tipo de conversaciones!!!!!! Alguien que usa la palabra "alabeada" y lo hace correctamente!!!!

Hay que seguir esta conversacion!

El Otro

PS. Se me ocurre planificar una orbita en la que la influencia lunar actue de modificador para sacar al cuerpo del plano de su orbita. Si la orbita fuera de polo a polo (?es esto posible?) la atraccion lunar podria desviarlo... tendre que pensarlo

Lyd dijo...

Estoy viendo que me vas a hacer desempolvar mis apuntes de Mecánica Orbital (que vete a saber dónde los tengo). Sí que es posible una órbita de polo a polo (se llama "órbita polar", de hecho). La atracción lunar es una perturbación importante, pero alrededor de la Tierra el que mayor influencia tiene es el factor "J2" debido al achatamiento terrestre, que si mal no recuerdo es una función sinusoidal (pero puede que me equivoque, que te estoy hablando de memoria y ya te digo que esta parte de la asignatura era muy aburrida). De todos modos, he encontrado por ahí una página donde explican un poco lo de las perturbaciones, por si le quieres echar un vistazo: http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_13/perturba.htm. Si quieres hablar más en profundidad del tema tendrás que esperar a que tenga a mano mis apuntes...

El Otro dijo...

No hace falta que saques los apuntes! Que va a parecer que soy uno de esos profesores que estan como un queso pero que exprimen igualmente a los alumnos. A mi me va mas el rollo charlar divagando, aunque no sea del todo exacto... de ahi se sacan las mejores ideas (o las m'as divertidas de discutir y a la vez las m'as frikis)

El Otro

Ray dijo...

Uffffffffff discusiones profundas estas, jejeje

Nada srta, prometí pasarme por aquí, y ahora que el ordenador se doblega a mi voluntad (a saber cuanto le dura) ya no tenía excusa para no acercarme.

Un saludo y muy chulo todo esto....voy a seguir leyendo, jejeje

Lyd dijo...

¿"Que están como un queso"? JAJAJAJAJA!! No tengo profesores de esos! xDDD

Dejemos entonces la charla para esa comida que tenemos pendiente en nuestro piso, ok?

Ray, muchas gracias por la visita. Siempre se agradecen las opiniones de la gente del gremio! ;)

pipistrellum dijo...

Pero una orbita puede cambiar de plano verdad. Igual que como se enrolla un ovillo de lana.
Dando vueltas en la orbita y ademas el plano de la orbita girando.

No se si me explico bien.

En malaciencia tambien le gustan las orbitas y los temas espaciales.

Hondas gravitatorias
Problema de los tres cuerpos

y alguno mas que no recuerdo

Lyd dijo...

Sí, puede cambiar de plano. Como expliqué en uno de los comentarios un poco más arriba lo que determina el plano de la órbita es el producto vectorial del vector de velocidad y el de posición. Es decir, en cada instante (y suponiendo ausencia de perturbaciones), el plano de la órbita será el que contiene al vector velocidad y a la línea de unión satélite-tierra (vector de posición). Si la velocidad cambia con el tiempo de manera que ese plano se mueva, el satélite seguirá la órbita ovillo-lanaril que describes ^^

Ya he estado fisgando por malaciencia otras veces y he visto los artículos que mencionas. En el futuro (no sé cuándo, porque la cola de espera de artículos es bastante larga y los voy escribiendo según me va dando), quiero escribir uno sobre el problema de los tres cuerpos y los puntos de libración y otro sobre órbitas de transferencia (entre las que están las "hondas" gravitatorias). Pero es que quiero contar tantas cosas...

pipistrellum dijo...

No te preocupes, las carrera es lo primero. :)
Ya sé que en cuanto puedas pondras articulos de los tuyos ;)

MCC dijo...

hola mi nombre es MCC grasias , satisfaciste una pequeña duda q tenia (no por pequeña menos importante) saludos uno de los "pichones de burro" te saluda

Sebastian Duran Arriagada dijo...

Hola, gracias por escribir esta información, es muy interesante. Tengo una duda, ¿Existe una formula o manera para calcular las velocidades y órbitas de los cometas?



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