Con respecto a las leyes de Newton, si los caminos que siguen los planetas tienen formas elípticas, y cuanto más cerca estén los objetos, mayor será la fuerza de gravedad entre ellos, ¿cómo pueden los planetas distanciarse del sol durante ciertas fases de su rotación, en lugar de girar en espiral? ¿dentro del sol?

Como estudiante de AP de Física C, también lidié con esto este año. No estoy seguro de estar en lo cierto, y estoy seguro de que hay muchos que pueden corroborar o negar lo que diré, pero esta es mi mejor explicación.

Viajamos a velocidades variables alrededor del sol. En el punto donde estamos más lejos del sol, viajamos muy lentamente (comparativamente), pero cuando nos acercamos al sol aumenta la velocidad de nuestro propio planeta. Esta velocidad cambiante también cambia la inercia. La inercia crece y crece a medida que nos acercamos más y más al sol hasta el punto de que es mayor que la fuerza que ejerce el sol sobre la tierra, lo que nos permite pasar con seguridad.

Después de pasar el sol, todavía estamos relativamente cerca, por lo que la atracción del sol nos ralentiza cada vez más, sin embargo, todavía tenemos inercia. La interacción entre nuestro planeta en movimiento y la atracción del sol nos hace girar alrededor del sol y pasar sin chocar contra él. De aquí proviene nuestra órbita elíptica.

La ley de la gravedad de Newton ciertamente establece que la fuerza entre dos objetos es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellos.

Una consecuencia de esta fuerza es que los dos cuerpos orbitan su baricentro mutuo (centro de gravedad) y siguen un camino elíptico con el baricentro en uno de los focos de cada elipse. Otra consecuencia es que los planetas (casi) siguen las llamadas leyes de movimiento de Kepler:

1. La órbita de un planeta es una elipse con el Sol en uno de los dos focos;
2. Un segmento de línea que une un planeta y el Sol barre áreas iguales durante intervalos de tiempo iguales; y
3. El cuadrado del período orbital de un planeta es proporcional al cubo del eje semi mayor de su órbita.

Digo que casi sigo porque las leyes de Kepler suponen que el Sol es mucho más masivo que los planetas que se encuentra esencialmente en el baricentro del sistema.

Tenga en cuenta que las leyes de Kepler indican que la velocidad de un planeta varía alrededor de su órbita. La velocidad adicional cuando está más cerca del Sol compensa exactamente la fuerza gravitacional adicional en ese punto de la órbita. Otra forma de decir esto es que la energía cinética del planeta equilibra exactamente la energía potencial de la distancia del Sol.

El “espiral” nunca ocurre debido a la gravedad sola. Una órbita en descomposición ocurre porque parte de la energía se está perdiendo por otras fuerzas (por lo general, arrastre y pérdida de calor debido a una atmósfera). El espacio exterior está muy cerca de un vacío perfecto y los planetas casi no pierden energía en sus órbitas. Por lo tanto, la Tierra ha podido orbitar felizmente al Sol durante más de cuatro mil millones de años.

Cuando el planeta se acerca al sol, se acelera. Es lo mismo que ir cuesta abajo. Va más y más rápido. Pero en algún momento, va demasiado rápido para permanecer en esa órbita baja y ahora volverá a subir cuesta arriba. Este negocio cuesta abajo y cuesta arriba es lo que crea la elipse. Los planetas no entran en espiral (excepto tal vez en escalas de tiempo MUY largas), simplemente repiten la misma elipse una y otra vez.

Porque simplemente están en la masa y distancia correctas del sol para no entrar en espiral o ser arrojados. Esto se llama “apogeo”. Antes de que los planetas llegaran a este equilibrio, hubo muchos eventos de objetos en espiral o arrojados.