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El ejemplo más conocido de movimiento elíptico es el de los planetas del
sistema solar alrededor del
sol . La imagen muestra los parámetros característicos de la órbita, con los nombres de los ábsides.
En cinemática , el movimiento elíptico es el movimiento de un cuerpo , o de un punto material , a lo largo de una trayectoria elíptica . En general, un cuerpo tiende a tomar una trayectoria elíptica cuando se somete a una fuerza central .
Análisis de movimiento y derivación de trayectorias
Al definir el momento mecánico específico del vector:
- {\ Displaystyle \ mathbf {c} = \ mathbf {r} \ times \ mathbf {a}}

En el caso del movimiento central , tenemos que {\ Displaystyle \ mathbf {r}}
Y {\ Displaystyle \ mathbf {a}}
son por tanto paralelos {\ Displaystyle \ mathbf {c} = 0}
. Dado que el polo con respecto al cual se calcula {\ Displaystyle \ mathbf {c}}
coincide con el centro de masa , que se puede suponer estacionario, tenemos que el momento mecánico específico es igual a la primera derivada con respecto al tiempo del momento angular específico {\ Displaystyle \ mathbf {h}}
:
- {\ Displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} \ mathbf {h}} {\ mathrm {d} t}} = {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} t}} (\ mathbf {r} \ times \ mathbf {v}) = \ mathbf {c} = 0}

por lo tanto tenemos eso {\ Displaystyle \ mathbf {h}}
es constante, de acuerdo con la segunda ley de Kepler . La velocidad areolar {\ Displaystyle {\ dot {\ mathbf {A}}}}
es igual a:
- {\ Displaystyle {\ dot {\ mathbf {A}}} = {\ frac {\ mathbf {r} \ times \ mathbf {v}} {2}} = {\ frac {\ mathbf {r} \ times ({ \ boldsymbol {\ omega}} \ times \ mathbf {r})} {2}} = {\ frac {(\ mathbf {r} \ cdot \ mathbf {r}) {\ boldsymbol {\ omega}} - {\ cancelar {({\ boldsymbol {\ omega}} \ cdot \ mathbf {r}) \ mathbf {r}}}} {2}} = {\ frac {r ^ {2} {\ boldsymbol {\ omega}}} {2}}}

Dónde está {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ omega}}}
es la velocidad angular .
Sabiendo que en coordenadas polares tenemos:
- {\ Displaystyle {\ begin {alineado} & \ theta = \ arctan {\ frac {y} {x}}, \ quad r ^ {2} = x ^ {2} + y ^ {2}; \\ [4pt ] & {\ dot {\ theta}} = \ omega = {\ frac {1} {1+ \ left ({\ frac {y} {x}} \ right) ^ {2}}} \ left ({\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {x ^ {2}}} \ right) = {\ frac {\ cancel {x ^ {2}}} {x ^ { 2} + y ^ {2}}} \ left ({\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {\ cancel {x ^ {2}}}} \ right) = {\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {x ^ {2} + y ^ {2}}} \\ [4pt] & r ^ {2} \ omega = {\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {\ cancel {(x ^ {2} + y ^ {2})}}} {\ cancel {(x ^ {2} + y ^ {2})}} = x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y \\ [4pt] \ end {alineado}}}
![{\ Displaystyle {\ begin {alineado} & \ theta = \ arctan {\ frac {y} {x}}, \ quad r ^ {2} = x ^ {2} + y ^ {2}; \\ [4pt ] & {\ dot {\ theta}} = \ omega = {\ frac {1} {1+ \ left ({\ frac {y} {x}} \ right) ^ {2}}} \ left ({\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {x ^ {2}}} \ right) = {\ frac {\ cancel {x ^ {2}}} {x ^ { 2} + y ^ {2}}} \ left ({\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {\ cancel {x ^ {2}}}} \ right) = {\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {x ^ {2} + y ^ {2}}} \\ [4pt] & r ^ {2} \ omega = {\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {\ cancel {(x ^ {2} + y ^ {2})}}} {\ cancel {(x ^ {2} + y ^ {2})}} = x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y \\ [4pt] \ end {alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/836d28453de46fe07b8689f5f0faeeb4681bd97d)
mientras que la elipse en coordenadas polares es:
- {\ Displaystyle \ left \ {{\ begin {alineado} & x = a \ cos \ theta \\ & y = b \ sin \ theta \\\ end {alineado}} \ right. \ implica \ left \ {{\ comenzar {alineado} & {\ dot {x}} = - a \ omega \ sin \ theta \\ & {\ dot {y}} = b \ omega \ cos \ theta \\\ end {alineado}} \ right. }

Por tanto, obtenemos que el valor de la velocidad areolar es:
- {\ displaystyle {\ dot {\ mathbf {A}}} = {\ frac {r ^ {2} {\ boldsymbol {\ omega}}} {2}} = {\ frac {x {\ dot {y}} - {\ dot {x}} y} {2}} = {\ frac {ab {\ boldsymbol {\ omega}}} {2}} (\ cos ^ {2} \ theta + \ sin ^ {2} \ theta) = {\ frac {ab {\ boldsymbol {\ omega}}} {2}}}

mientras que el valor del momento angular orbital específico {\ Displaystyle \ mathbf {h}}
se vuelve:
- {\ Displaystyle \ mathbf {h} = 2 {\ dot {\ mathbf {A}}} = ab {\ boldsymbol {\ omega}}}

Ser {\ Displaystyle \ mathbf {h}}
constante también {\ Displaystyle {\ dot {\ mathbf {A}}}}
Y {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ omega}}}
son constantes y esto permite obtener dos ecuaciones lineales con respecto al desplazamiento angular {\ displaystyle {\ boldsymbol {\ theta}}}
y desplazamiento areolar {\ Displaystyle \ mathbf {A}}
:
- {\ displaystyle {\ begin {alineado} & {\ boldsymbol {\ theta}} (t) = {\ boldsymbol {\ theta}} _ {0} + {\ frac {\ mathbf {h}} {ab}} t \\ [4pt] & \ mathbf {A} (t) = \ mathbf {A} _ {0} + {\ frac {\ mathbf {h}} {2}} t \\ [4pt] \ end {alineado} }}
![{\ displaystyle {\ begin {alineado} & {\ boldsymbol {\ theta}} (t) = {\ boldsymbol {\ theta}} _ {0} + {\ frac {\ mathbf {h}} {ab}} t \\ [4pt] & \ mathbf {A} (t) = \ mathbf {A} _ {0} + {\ frac {\ mathbf {h}} {2}} t \\ [4pt] \ end {alineado} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5a8468e9f76f2d8ae2572f4d1230390b3a4e7cd0)
Las ecuaciones de movimiento en coordenadas cartesianas son:
- {\ Displaystyle \ mathbf {r} = \ left \ {{\ begin {alineado} & x = a \ cos \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \ \ [4pt] & y = b \ sin \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] \ end {alineado}} \ right. \ Implica \ mathbf {v} = \ left \ {{\ begin {alineado} & {\ dot {x}} = - {\ frac {h} {b}} \ sin \ left ({\ frac {h} {ab} } t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] & {\ dot {y}} = {\ frac {h} {a}} \ cos \ left ({\ frac {h} {ab} } t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] \ end {alineado}} \ right. \ Implies \ mathbf {a} = \ left \ {{\ begin {alineado} & {\ ddot {x }} = - {\ frac {h ^ {2}} {ab ^ {2}}} \ cos \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] & {\ ddot {y}} = {\ frac {h ^ {2}} {a ^ {2} b}} \ sin \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \ \ [4pt] \ end {alineado}} \ right.}
![{\ Displaystyle \ mathbf {r} = \ left \ {{\ begin {alineado} & x = a \ cos \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \ \ [4pt] & y = b \ sin \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] \ end {alineado}} \ right. \ Implica \ mathbf {v} = \ left \ {{\ begin {alineado} & {\ dot {x}} = - {\ frac {h} {b}} \ sin \ left ({\ frac {h} {ab} } t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] & {\ dot {y}} = {\ frac {h} {a}} \ cos \ left ({\ frac {h} {ab} } t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] \ end {alineado}} \ right. \ Implies \ mathbf {a} = \ left \ {{\ begin {alineado} & {\ ddot {x }} = - {\ frac {h ^ {2}} {ab ^ {2}}} \ cos \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \\ [4pt] & {\ ddot {y}} = {\ frac {h ^ {2}} {a ^ {2} b}} \ sin \ left ({\ frac {h} {ab}} t + \ theta _ {0} \ right) \ \ [4pt] \ end {alineado}} \ right.}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0fc7a4e1337f1a84dce07de4d44ab24a1f0799eb)
esto significa que la aceleración coincide con la aceleración centrípeta {\ Displaystyle \ mathbf {a} _ {c}}
, que es igual a:
- {\ Displaystyle \ mathbf {a} _ {c} = \ left ({\ frac {h} {ab}} \ right) ^ {2} \ mathbf {r}}

Es posible observar que en el caso del movimiento circular , siendo {\ Displaystyle a = b = r}
, el valor de la aceleración centrípeta es igual a:
- {\ Displaystyle \ mathbf {a} _ {c} = \ omega ^ {2} \ mathbf {r}}

Bibliografía
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voices, Physics - Volume I (segunda edición) , Nápoles, EdiSES, 2010, ISBN 88-7959-137-1 .
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