Lei das órbitas

A órbita do astro dirigido em torno do astro diretor é uma elipse, da qual o astro diretor ocupa um dos focos. Em geral num sistema de dois corpos estes orbitam em torno do seu centro de massa. No entanto, quando um dos corpos tem uma massa muito maior que o outro, o centro de massa do sistema praticamente coincide com o centro do corpo de maior massa, pelo que se pode considerar que este está parado, e que o outro orbita em torno dele. A lei das órbitas aplica-se a estes sistemas, como é o caso do Sistema Solar ou de satélites que orbitam em torno de um planeta.



Ilustração da lei das áreas. Como o intervalo de tempo decorrido entre A e A' é igual ao intervalo entre B e B', as áreas A1 e A2 são iguais
Ilustração da lei das áreas. Como o intervalo de tempo decorrido entre A e A' é igual ao intervalo entre B e B', as áreas A1 e A2 são iguais

Lei das áreas

O vetor de posição de um corpo em relação ao astro diretor varre áreas iguais em intervalos de tempo iguais. Esta lei é uma consequência da conservação do momento angular do astro dirigido que se encontra sob a ação de uma força central que aponta sempre para o centro do astro diretor. Como a área varrida por unidade de tempo é constante e o corpo não está sempre à mesma distância do astro diretor, a sua velocidade varia, sendo máxima quando a distância entre os dois corpos é mínima, e mínima quando a distância é máxima.


Lei dos Períodos

A razão entre o cubo do semi-eixo maior da órbita de um planeta e o quadrado do respetivo período é uma constante:


\(\frac{T^2}{a^3} = K\)


A constante K é chamada constante de Kepler e é igual para todos os corpos que orbitam em torno do mesmo astro.


Planeta Período (anos) Distância média ao Sol (UA) Constante de Kepler Erro relativo (%)
Mercúrio 0,24085 0,387 1,001 0,08
Vénus 0,61520 0,723 1,001 0,1
Terra 1,00000 1,000 1,000 -
Marte 1,88071 1,524 0,999 0,07
Júpiter 11,85654 5,203 0,9981 0,2
Saturno 29,44750 9,537 0,9997 0,03
Úrano 84,01697 19,191 0,9987 0,1
Neptuno 164,79124 30,069 0,9989 0,1
Tabela 1: Cálculo da constante de Kepler para órbitas em torno do Sol. O erro é relativo a K = 1 ano2UA-3 para a Terra.

Tabela 2: Cálculo da constante de Kepler para órbitas em torno de Júpiter.
Satélite Período (anos) Distância média a Júpiter (UA) Constante de Kepler
Io 4,843E-03 2,82E-03 1,04E+03
Europa 9,722E-03 4,49E-03 1,05E+03
Ganymede 1,959E-02 7,15E-03 1,05E+03
Callisto 4,569E-02 1,26E-02 1,05E+03