¿Por qué las trayectorias de los proyectiles son parábolas, pero las órbitas de los planetas son elipses, cuando ambas se rigen por la ley de Newton de la gravitación universal?

Las elipses y las parábolas, junto con las hipérbolas, forman una familia de curvas llamadas secciones cónicas. Se llaman así porque se obtienen cortando un cono:

Resolver el problema de dos cuerpos (dados dos cuerpos con velocidades iniciales y posición en el vacío, interactuando gravitacionalmente, encuentra sus caminos) da una curva cónica como una solución general. Su ecuación es:

[matemáticas] r = \ frac {l} {1 + e \ cos {\ Theta}} [/ matemáticas]

en coordenadas polares planas. Aquí l y e son parámetros que describen la curva. La excentricidad, e, es la interesante: si está por debajo de 1, la curva es una elipse. Si es exactamente 1, es una parábola, y si es más de 1, es una hipérbola. En el problema de dos cuerpos, este parámetro e depende de las energías cinéticas iniciales de los cuerpos. Entonces, si son lo suficientemente bajos, el sistema está limitado y las trayectorias están cerradas, es decir, elipses. Este es el caso de las órbitas. Pero una vez que pasa un cierto valor crítico, el sistema ya no está vinculado y las trayectorias son curvas abiertas, es decir, hipérbolas. Este es el caso de cuerpos del espacio interestelar que hacen un sobrevuelo del Sol y luego se van nuevamente.

Además, cuando dice que para cuerpos cercanos a la superficie de la Tierra [matemáticas] F = mg [/ matemáticas] está utilizando una aproximación a la forma general [matemáticas] F = \ gamma \ frac {Mm} {r ^ 2 }. [/ math] La trayectoria es una elipse, pero su aproximación de la fuerza produce una aproximación a la elipse, es decir, una parábola.

Bueno, las parábolas se definen como elipses con un punto focal en el infinito.

La razón por la cual los proyectiles son parabólicos es porque inevitablemente vuelven a la superficie. Dada la velocidad suficiente, un objeto se moverá en una trayectoria elíptica.

Entonces, si lanzas un objeto en una parábola que pierde el planeta, viajará en una órbita elíptica. Por lo tanto, los planetas caen perpetuamente hacia el Sol, constantemente lo pierden porque su velocidad es suficiente para mantener este camino elíptico.

Las trayectorias de los proyectiles son en realidad elipses. Obtiene una parábola cuando aproxima el campo gravitacional local como constante.