¿Un pozo de gravedad con una pendiente constante cederá a los planetas que orbitan a la misma velocidad?

La pendiente de un pozo potencial es la fuerza creada por ese potencial (eso es cierto para un potencial gravitacional, un potencial eléctrico o cualquier otro tipo). Por lo tanto, tiene razón en que la pendiente determina la velocidad requerida. Debe moverse lo suficientemente rápido como para que la fuerza centrífuga de su movimiento sea igual a la fuerza centrípeta del pozo potencial.

Sin embargo, la fuerza centrífuga depende de la velocidad a la que va y de su distancia desde el centro. Por lo tanto, si la fuerza es constante, aún tendrá que ir a diferentes velocidades a diferentes distancias. La fuerza centrífuga es [matemática] mr \ omega ^ 2 = \ frac {mv ^ 2} {r} [/ matemática], donde [matemática] m [/ matemática] es masa, [matemática] r [/ matemática] es la distancia desde el centro, [matemática] v [/ matemática] es la velocidad y [matemática] \ omega [/ matemática] es la velocidad angular. Entonces, si aumentamos [math] r [/ math], entonces [math] \ omega [/ math] debe reducirse y [math] v [/ math] debe aumentar. Es decir, un objeto que orbita más lejos tendrá que moverse más rápido, pero llevará más tiempo completar una órbita (porque va más allá). Eso es diferente a las órbitas gravitacionales reales donde un objeto más alejado se mueve más lento (y, por lo tanto, tarda mucho más en completar una órbita) ya que la fuerza centrípeta que debe equilibrarse es menor.

La pendiente del pozo potencial, es decir, el gradiente del potencial gravitacional, es de hecho la aceleración gravitacional.

¿Cómo se relaciona la aceleración con la velocidad de las órbitas circulares? Simple: [matemáticas] a = v ^ 2 / r [/ matemáticas]. Entonces, si la aceleración [matemática] a [/ matemática] es constante, la velocidad [matemática] v [/ matemática] aumentará a medida que la raíz cuadrada del radio orbital [matemática] r [/ matemática]. Por otro lado, la velocidad angular es [matemática] \ omega = v / r [/ matemática], por lo tanto [matemática] a = \ omega ^ 2r [/ matemática], así que para [matemática] a [/ matemática] constante, la velocidad angular disminuirá con la raíz cuadrada del radio orbital.

Pero tampoco será constante. Entonces no, los planetas no estarían orbitando a la misma velocidad.

No. Lo que define “dónde están ubicados los planetas” es la resonancia orbital:

Resonancia orbital – Wikipedia

Sí, tiene que ser “tan rápido” para estar en una determinada órbita, pero un disco difuso de gas y polvo tiene todo tipo de momentos angulares, y la forma en que se gelifica en los planetas no se está centralizando en un solo anillo de planetas. Y esta configuración también tiene sus configuraciones estables:

Punto lagrangiano – Wikipedia