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Este apunte aplica el campo gravitatorio newtoniano al movimiento de planetas y satélites: estudia las tres leyes de Kepler, las deduce desde la ley de gravitación universal y resuelve las magnitudes de una órbita (velocidad orbital, periodo, energía, velocidad de escape y satélites geoestacionarios) mediante la conservación del momento angular y de la energía. Cierra con una introducción a la astrofísica y la cosmología como gran aplicación del campo gravitatorio. Pertenece al Bloque A del currículo de Física de 2.º de Bachillerato (LOMLOE) y es uno de los contenidos más recurrentes en la fase de acceso de la PAU/Selectividad.
5seccionesca. 22min de lectura3competenciasNivelBásico 1 · Estándar 3 · Profundización 1Revisado · 06/2026
nivel básico
Como contenido del Bloque A, debes dominar el enunciado y la aplicación numérica de las tres leyes de Kepler y el cálculo de velocidad orbital, periodo y velocidad de escape en órbitas circulares.
nivel avanzado
En la materia de modalidad se exige además deducir la 3ª ley desde la gravitación universal, aplicar la conservación del momento angular y de la energía a órbitas elípticas y manejar la energía total de la órbita como criterio del tipo de trayectoria.
Lesetiefe: En profundidad
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Órbita elíptica con el Sol en un foco y ley de las áreas
3ª ley de Kepler
El cuadrado del periodo orbital es proporcional al cubo del semieje mayor; la constante k es común a todos los cuerpos que orbitan el mismo astro.
Comparación de dos órbitas (3ª ley)
Forma práctica de la 3ª ley para comparar dos planetas o satélites del mismo astro central sin necesidad de conocer su masa.
2ª ley de Kepler (velocidad areolar)
El área barrida por el radio vector por unidad de tiempo es constante; de ahí que el planeta sea más rápido en el perihelio.
Sabiendo que el semieje mayor de la órbita de Marte es a = 1,524 UA y tomando para la Tierra a = 1 UA y T = 1 año, determina el periodo de revolución de Marte alrededor del Sol.
Como los dos orbitan el Sol, comparten la misma constante: el cociente T²/a³ es igual para Marte y para la Tierra.
Tomando a_T = 1 UA y T_T = 1 año se simplifica el cálculo.
Se eleva 1,524 al cubo y se extrae la raíz cuadrada.
Resultado: El periodo de revolución de Marte es de aproximadamente 1,88 años terrestres (unos 687 días), valor coherente con el dato astronómico real.
Errores frecuentes
Repaso activo
Marte tiene un semieje mayor de 1,524 UA (unidades astronómicas). Aplicando la 3ª ley de Kepler con los datos de la Tierra (a = 1 UA, T = 1 año), calcula el periodo de revolución de Marte expresado en años terrestres.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))
Conservación del momento angular en una fuerza central
Equilibrio gravitatorio-centrípeto (órbita circular)
La fuerza gravitatoria actúa como fuerza centrípeta que mantiene al satélite en su órbita circular.
Velocidad orbital circular
Velocidad necesaria para una órbita estable de radio r; no depende de la masa del satélite.
3ª ley de Kepler deducida
La constante de Kepler k = 4π²/(G·M) depende solo de la masa del astro central.
Conservación del momento angular
Al ser la gravedad una fuerza central, su momento es nulo y L se conserva, lo que origina la 2ª ley de Kepler.
Un satélite orbita la Tierra en una órbita circular a 400 km de altura. Datos: G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻², masa de la Tierra M = 5,97·10²⁴ kg, radio terrestre R = 6 371 km. Determina su velocidad orbital y su periodo de revolución.
El radio se mide desde el centro de la Tierra: hay que sumar el radio terrestre y la altura.
La fuerza gravitatoria actúa como centrípeta, de donde v = √(G·M/r).
Se obtiene la rapidez de la órbita baja, próxima a la de la Estación Espacial Internacional.
En un movimiento circular uniforme T = 2π·r/v.
Resultado: La velocidad orbital es de unos 7,67 km/s y el periodo de unos 5 550 s, es decir, aproximadamente 92 minutos por vuelta, coherente con los datos reales de una órbita baja terrestre.
Errores frecuentes
Repaso activo
Un satélite describe una órbita circular alrededor de la Tierra (M = 5,97·10²⁴ kg, G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²) a una altura de 400 km sobre la superficie (radio terrestre R = 6 371 km). Calcula su velocidad orbital y su periodo. Demuestra previamente la expresión de la velocidad orbital.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)
Energía potencial gravitatoria
Origen en el infinito; siempre negativa y creciente (hacia 0) al alejarse.
Energía cinética en órbita circular
Para una órbita circular vale la mitad del módulo de la energía potencial.
Energía mecánica de la órbita circular
Negativa: el cuerpo está ligado. En una elipse se sustituye r por el semieje mayor a.
Un satélite de masa m = 500 kg orbita la Tierra en una órbita circular geoestacionaria de radio r = 4,216·10⁷ m. Con G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻² y M = 5,97·10²⁴ kg, calcula su energía potencial, su energía cinética y su energía mecánica total, e indica si está ligado.
Se aplica Ep = −G·M·m/r con el radio dado.
En órbita circular Ec = −Ep/2, es decir, la mitad del módulo de la potencial.
Se suman: E = Ec + Ep = −G·M·m/(2r).
Resultado: Ep ≈ −4,73·10⁹ J, Ec ≈ +2,36·10⁹ J y E ≈ −2,36·10⁹ J. Como la energía mecánica total es negativa, el satélite está LIGADO a la Tierra y describe una órbita cerrada estable.
Errores frecuentes
Repaso activo
Un satélite de 500 kg describe una órbita circular geoestacionaria de radio r = 4,216·10⁷ m alrededor de la Tierra (G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻², M = 5,97·10²⁴ kg). Calcula su energía cinética, su energía potencial y su energía mecánica total, y razona si está ligado a la Tierra.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))
Satélite geoestacionario sobre el ecuador terrestre
Condición de escape (E = 0)
La energía cinética inicial debe igualar al módulo de la energía potencial en la superficie.
Velocidad de escape
Velocidad mínima para alejarse indefinidamente; no depende de la masa del cuerpo y es √2 veces la velocidad orbital a ras de superficie.
Radio de la órbita geoestacionaria
Se obtiene de la 3ª ley imponiendo que el periodo sea igual al de rotación de la Tierra.
Para la Tierra (R = 6,371·10⁶ m, M = 5,97·10²⁴ kg, G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²): (a) calcula la velocidad de escape desde la superficie; (b) calcula el radio de la órbita geoestacionaria, sabiendo que el periodo debe ser un día sidéreo, T = 86 164 s.
Se aplica v_e = √(2G·M/R) con los datos de la Tierra.
Se obtiene la conocida velocidad de escape terrestre.
Se despeja r de la 3ª ley de Kepler con el periodo de rotación.
El radio se mide desde el centro de la Tierra; la altura es r − R.
Resultado: La velocidad de escape terrestre es de unos 11,2 km/s; la órbita geoestacionaria tiene un radio de unos 42 200 km (4,22·10⁷ m), lo que corresponde a una altura de unos 35 800 km sobre la superficie.
Errores frecuentes
Repaso activo
Calcula la velocidad de escape desde la superficie de la Tierra (R = 6 371 km, M = 5,97·10²⁴ kg, G = 6,674·10⁻¹¹ N·m²·kg⁻²). Después, determina el radio de una órbita geoestacionaria sabiendo que su periodo debe ser un día sidéreo, T = 86 164 s.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Real Decreto 534/2024 — Prueba de Acceso a la Universidad (PAU) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))
La gravedad a distintas escalas del universo
Comenta de forma razonada, con apoyo en la física estudiada, por qué los satélites geoestacionarios son tan importantes para las telecomunicaciones y qué condición orbital lo hace posible.
Un satélite geoestacionario tiene un periodo igual al de rotación de la Tierra, orbita en el plano ecuatorial y en el mismo sentido de giro.
Al sincronizarse con la rotación, el satélite permanece fijo respecto a la superficie: siempre se ve sobre el mismo punto del ecuador.
Una antena terrestre puede apuntar en una dirección FIJA sin seguimiento, lo que abarata y simplifica enormemente las comunicaciones, la televisión por satélite y la meteorología, infraestructura básica de la economía actual.
Resultado: La sincronización del periodo orbital con la rotación terrestre mantiene el satélite aparentemente inmóvil en el cielo, lo que permite enlaces de comunicación permanentes con antenas fijas; es un ejemplo directo de cómo el dominio del movimiento orbital repercute en la industria, la tecnología y la sociedad.
Errores frecuentes
Repaso activo
Explica de forma razonada por qué se puede afirmar que «la gravedad es el motor de la evolución de las estrellas» y cita dos aplicaciones tecnológicas concretas del movimiento orbital de satélites que repercutan en la sociedad.
Recuerdo activo
Recuerda los puntos clave — luego revela.
Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)
Referencias y fuentes
Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)
Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob