Leyes de Kepler sobre Órbitas Planetarias y Fundamentos del Movimiento Ondulatorio

Leyes de Kepler

Primera Ley de Kepler (Ley de las Órbitas)

Todos los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol, estando éste situado en uno de los focos de la elipse. Se trata, por tanto, de un sistema de fuerzas centrales, en el que el momento angular (L) permanece constante.

Segunda Ley de Kepler (Ley de las Áreas)

La recta que une un planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Esto implica que la velocidad areolar (área barrida por unidad de tiempo, A/t) permanece constante en un movimiento regido por fuerzas centrales. La posición más alejada de un planeta al Sol se llama afelio y la más cercana, perihelio. En el caso específico de la órbita lunar alrededor de la Tierra, el punto más cercano se llama perigeo y el más lejano, apogeo.

Tercera Ley de Kepler (Ley de los Períodos)

El cuadrado del período orbital de un planeta (el tiempo que tarda en completar una vuelta alrededor del Sol) es directamente proporcional al cubo de la distancia media al Sol (o, más precisamente, al semieje mayor de su órbita). Esta ley permite calcular las distancias relativas entre los planetas del sistema solar.

Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es la propagación de una perturbación a lo largo de un medio. Una onda es la representación de dicho movimiento. Mediante una onda se transmite energía, pero no hay transporte neto de materia. Para que una onda mecánica se propague, el medio material debe poseer dos propiedades importantes:

• Elasticidad: Permite que las partículas del medio recuperen su posición original, dando lugar a la fuerza recuperadora.
• Inercia: Determina cómo responden las partículas a la fuerza recuperadora, permitiendo que la perturbación se transmita.

No todas las ondas necesitan un medio material para propagarse; las ondas electromagnéticas (como la luz) pueden transmitirse por el vacío.

Elementos Característicos de la Propagación

• Perturbación inicial: Origen de la onda, que se transmite de unos puntos a otros desde el foco emisor.
• Transmisión de energía: La onda transporta energía a través del medio o del vacío.
• Retraso en la propagación: Existe un cierto retraso entre el instante en que se produce la perturbación inicial y el instante en que ésta alcanza los puntos más alejados del foco.

Tipos de Ondas

Atendiendo al tipo de energía que se propaga:

• Ondas mecánicas: Transportan energía mecánica. Necesitan un medio material elástico para propagarse (ej: sonido, ondas en una cuerda).
• Ondas electromagnéticas: Transportan energía electromagnética. No necesitan un medio material para propagarse (ej: luz, ondas de radio).

Atendiendo a la relación entre la dirección de propagación y la vibración de las partículas:

• Ondas longitudinales: La dirección de vibración de las partículas del medio coincide con la dirección de propagación de la onda (ej: sonido en el aire).
• Ondas transversales: La dirección de vibración de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda (ej: ondas en una cuerda tensa, luz). Las ondas mecánicas transversales solo se propagan en medios sólidos y en la superficie de los líquidos, pero no en el interior de fluidos (líquidos o gases).

Atendiendo a las dimensiones de propagación de la energía:

• Ondas unidimensionales: La energía se propaga en una sola dirección (a lo largo de una línea, como en una cuerda).
• Ondas bidimensionales: La energía se propaga en dos dimensiones (sobre una superficie, como las ondas en la superficie del agua).
• Ondas tridimensionales: La energía se propaga en tres dimensiones (por todo el espacio, como el sonido o la luz desde una fuente puntual).