Órbita
Una órbita es la trayectoria cerrada que describe un cuerpo alrededor de otro de mayor masa por efecto de la gravedad.
Una órbita es la trayectoria curva y cerrada que describe un cuerpo celeste o artificial alrededor de otro de mayor masa, atraído por la fuerza de la gravedad. La Tierra gira en órbita alrededor del Sol, la Luna alrededor de la Tierra y la Estación Espacial Internacional da una vuelta a nuestro planeta cada hora y media aproximadamente.
¿Qué es una órbita?
El término procede del latín orbita, «rueda» o «huella de la rueda», y de orbis, «círculo». En física, un cuerpo está en órbita cuando su velocidad tangencial es tal que, mientras cae hacia el cuerpo central por efecto de la fuerza de gravedad, avanza lateralmente lo suficiente para no chocar con él. Newton lo explicó con un experimento mental: un cañón en una montaña muy alta que dispara cada vez con más velocidad; si la velocidad es suficiente, la bala «cae» alrededor de la Tierra sin llegar nunca al suelo.
Por tanto, un satélite en órbita no flota por falta de gravedad: está en caída libre continua. Los astronautas de la ISS experimentan ingravidez aparente porque ellos y la nave caen juntos, aunque la gravedad a 400 km de altura sigue siendo cerca del 90 % de la de la superficie.
Las leyes de Kepler
Johannes Kepler describió el movimiento de los planetas a comienzos del siglo XVII a partir de las observaciones de Tycho Brahe:
- Ley de las órbitas: los planetas describen elipses con el Sol en uno de sus focos.
- Ley de las áreas: el radio vector que une el planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales, por lo que el planeta se mueve más rápido cuanto más cerca del Sol está.
- Ley de los periodos: el cuadrado del periodo orbital es proporcional al cubo del semieje mayor de la elipse.
Dichas leyes describen el movimiento orbital; Newton demostró que son consecuencia de su ley de gravitación universal.
Fórmulas de las órbitas
Para una órbita circular de radio r alrededor de un cuerpo de masa M, la fuerza gravitatoria actúa como fuerza centrípeta, lo que conduce a:
donde G = 6,674 × 10⁻¹¹ N·m²/kg² es la constante de gravitación universal. Para la Tierra, G·M ≈ 3,986 × 10¹⁴ m³/s². Obsérvese que la velocidad orbital no depende de la masa del satélite, solo de la del cuerpo central (que crea el campo gravitatorio) y del radio. La velocidad de escape, necesaria para abandonar el campo gravitatorio del cuerpo, es:
En la superficie de la Tierra vale unos 11,2 km/s.
Tipos de órbitas según su forma
La forma depende de la energía del cuerpo y es una sección cónica:
- Circular: la distancia al cuerpo central es constante (excentricidad 0).
- Elíptica: excentricidad entre 0 y 1; la mayoría de los planetas y cometas periódicos.
- Parabólica: excentricidad igual a 1, el límite entre una órbita ligada y una libre.
- Hiperbólica: excentricidad mayor que 1; el cuerpo pasa una vez y se aleja, como algunas sondas espaciales o cometas no periódicos.
La órbita de la Tierra es casi circular: su excentricidad es de 0,017.
Tipos de órbitas terrestres
| Órbita | Altitud aproximada | Uso habitual |
|---|---|---|
| Baja (LEO) | 160 – 2000 km | Estación Espacial Internacional, observación terrestre, constelaciones de internet |
| Media (MEO) | 2000 – 35 786 km | Navegación por satélite (GPS, Galileo, a unos 20 000 km) |
| Geoestacionaria (GEO) | 35 786 km | Telecomunicaciones y meteorología |
| Polar y heliosíncrona | 600 – 800 km (típica) | Cartografía y teledetección |
Un satélite geoestacionario orbita sobre el ecuador con un periodo igual al de rotación de la Tierra (unas 23 h 56 min), por lo que parece fijo en el cielo.
Ejercicios resueltos
1. Calcula la velocidad y el periodo de la ISS, que orbita a 400 km de altura sobre la superficie. (Radio terrestre: 6371 km; G·M = 3,986 × 10¹⁴ m³/s²)
Radio orbital: r = 6371 + 400 = 6771 km = 6,771 × 10⁶ m. Velocidad: v = √(3,986 × 10¹⁴ / 6,771 × 10⁶) ≈ 7,67 km/s (unos 27 600 km/h). Periodo: T = 2π·r / v = 2π · 6,771 × 10⁶ / 7673 ≈ 5545 s ≈ 92 min.
2. Marte orbita a 1,524 UA del Sol. Usa la tercera ley de Kepler para hallar su periodo en años terrestres.
T² = a³, con T en años y a en UA. T = a^(3/2) = 1,524^1,5 ≈ 1,88 años.
3. ¿Cuál es la velocidad de escape desde una órbita circular a 400 km de la Tierra, sabiendo que la velocidad circular es 7,67 km/s?
ve = √2 · v = 1,414 · 7,67 ≈ 10,85 km/s.
Preguntas frecuentes
¿Por qué los satélites no caen a la Tierra?
Sí caen, pero lo hacen alrededor de ella. Su velocidad lateral es tan grande que la superficie curva se aleja del satélite al mismo ritmo que este cae, así que nunca llega al suelo.
¿Es circular la órbita de la Tierra?
No exactamente. Es una elipse de muy poca excentricidad (0,017), por lo que parece casi un círculo. La Tierra está más cerca del Sol en enero (perihelio) que en julio (afelio).
¿Qué es una órbita geoestacionaria?
Una órbita circular sobre el ecuador a unos 35 786 km de altura cuyo periodo coincide con la rotación terrestre, de modo que el satélite permanece sobre el mismo punto del planeta.
¿Qué ocurre si un satélite pierde velocidad?
Su órbita desciende y, si entra en las capas densas de la atmósfera, el rozamiento lo frena más y acaba reentrando y quemándose, salvo que se corrija con maniobras de impulso.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Curtis, H. D. Orbital Mechanics for Engineering Students. Butterworth-Heinemann.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2025). «Órbita». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/orbita/
