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Primera y segunda ley de Kepler: órbitas elípticas y áreas iguales

📄 teoria fisica 🎓 secundaria · 2° Secundaria México 🇲🇽 MX 🗣 Español
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Página 166 de Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico.   Libro de Educación Secundaria Grado 2°  Ciclo Escolar 2025 - 2026
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Respuesta rápida

  1. Órbitas elípticas con el Sol en un foco; perihelio = punto más cercano, afelio = más lejano. 2) Marte tarda más por estar más lejos (T^{2} \propto a^{3}). 3) Áreas iguales en tiempos iguales: más rápido en perihelio, más lento en afelio. 4) Kepler observó en 1609 que la rapidez orbital varía con la distancia al Sol.
📚 theory fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 166

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Secundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

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Ejercicio 1

Explica con tus palabras qué establece la primera ley de Kepler y qué significan perihelio y afelio.

  1. La primera ley de Kepler afirma que los planetas describen órbitas elípticas alrededor del Sol.
  2. El Sol no está en el centro de la elipse, sino en uno de sus dos focos.
  3. El punto de la órbita más cercano al Sol se llama perihelio; el más lejano, afelio.
Respuesta

Los planetas giran en elipses con el Sol en un foco; el perihelio es el punto más cercano y el afelio el más lejano.

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Ejercicio 2

¿Por qué Marte tarda 687 días en completar su órbita mientras la Tierra tarda 365 días con seis horas?

  1. La tercera ley de Kepler relaciona el período orbital T con el semieje mayor a de la órbita: T^{2} \propto a^{3}.
  2. Marte se encuentra más lejos del Sol que la Tierra, por lo que su semieje mayor a es mayor.
  3. Al ser mayor a, el período T también es mayor: T_{\text{Marte}} = 687 \, \text{días} > T_{\text{Tierra}} = 365{,}25 \, \text{días}.
Respuesta

Marte tarda más porque su órbita es más grande (está más lejos del Sol) y, según la relación T^{2} \propto a^{3}, a mayor distancia mayor período orbital.

3
Ejercicio 3

Describe la segunda ley de Kepler y relaciónala con la rapidez orbital del planeta.

  1. La segunda ley establece que el radio vector que une el planeta con el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.
  2. Cuando el planeta está cerca del Sol (perihelio), el radio vector es corto y debe recorrer un arco mayor para barrer la misma área, por lo que se mueve más rápido.
  3. Cuando está lejos (afelio), el radio vector es largo y el arco recorrido es menor, por lo que se mueve más lento.
Respuesta

El planeta recorre áreas iguales en tiempos iguales; por ello se mueve más rápido en el perihelio y más lento en el afelio.

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Ejercicio 4

¿Qué observó Johannes Kepler en 1609 sobre el movimiento de los planetas?

  1. Kepler observó la variación de la rapidez del movimiento de cada planeta a lo largo de su órbita.
  2. Notó que los planetas se mueven más lentamente cuando están más lejos del Sol.
  3. También notó que se mueven más rápido cuando están más cerca del Sol.
  4. Con estas observaciones formuló su segunda ley.
Respuesta

Kepler observó que la rapidez orbital varía: es mayor cerca del Sol y menor lejos de él, lo que dio origen a su segunda ley.

Contenido de la página

Primera ley de Kepler

Los planetas describen órbitas elípticas en las que el Sol se encuentra en uno de sus focos. Las elipses tienen forma alargada, un eje mayor, un eje menor y dos focos, como se muestra en la imagen.

La trayectoria que se forma con el movimiento planetario es una elipse. Al punto de la órbita más cercano al Sol se le denomina perihelio y al más lejano, afelio.

Órbita elíptica con el Sol en un foco, mostrando perihelio, afelio, eje mayor y eje menor

De acuerdo con la propuesta de Copérnico, la Tierra rota sobre su propio eje y tarda 365 días con seis horas en trasladarse por su órbita elíptica alrededor del Sol. Marte tarda 687 días porque está más lejos del Sol. En 1609, Johannes Kepler observó la variación de la rapidez del movimiento de cada planeta en el transcurso de la órbita. Observó que los planetas se mueven más lentamente a medida que están más lejos del Sol y más rápido cuando se encuentran más cerca de él. Con estas observaciones, formuló su segunda ley.

Segunda ley de Kepler

Cuando el planeta se mueve en su órbita alrededor del Sol, recorre áreas iguales en tiempos iguales. Dichas áreas están en función del radio vector que va de uno de los planetas al Sol.

Segunda ley de Kepler: áreas barridas por el radio vector en tiempos iguales

Ejemplos resueltos

Compara los períodos orbitales de la Tierra y Marte y explica por qué Marte tarda más.

La Tierra tarda 365{,}25 días y Marte 687 días. Marte está más lejos del Sol, por lo que su semieje mayor a es mayor. Según la relación T^{2} \propto a^{3}, a mayor distancia corresponde un período orbital mayor.

Explica por qué un planeta se mueve más rápido en el perihelio que en el afelio.

Por la segunda ley de Kepler, el radio vector barre áreas iguales en tiempos iguales. En el perihelio el radio vector es corto, así que el planeta debe recorrer un arco mayor para cubrir la misma área, lo que implica mayor rapidez. En el afelio ocurre lo contrario.

Tabla

Concepto Definición
Elipse Curva cerrada y alargada con dos focos
Eje mayor Segmento más largo que pasa por los dos focos
Eje menor Segmento más corto perpendicular al eje mayor
Perihelio Punto de la órbita más cercano al Sol
Afelio Punto de la órbita más lejano al Sol
Radio vector Segmento que une el planeta con el Sol

Diagrama

graph TD
  A[Leyes de Kepler] --> B[Primera ley: órbitas elípticas]
  A --> C[Segunda ley: áreas iguales en tiempos iguales]
  B --> D[Sol en un foco]
  B --> E[Perihelio: punto más cercano]
  B --> F[Afelio: punto más lejano]
  C --> G[Radio vector]
  C --> H[Mayor rapidez en perihelio]
  C --> I[Menor rapidez en afelio]

Fórmulas y ecuaciones

T^{2} \propto a^{3}

\frac{dA}{dt} = \text{constante}

T_{\text{Tierra}} = 365{,}25 \, \text{días}

T_{\text{Marte}} = 687 \, \text{días}

T^{2} \propto a^{3}

Glosario (7)

Elipse
Curva cerrada y alargada formada por puntos cuya suma de distancias a dos focos es constante.
Foco
Cada uno de los dos puntos fijos que definen una elipse; en el sistema solar, el Sol ocupa uno de ellos.
Perihelio
Punto de la órbita de un planeta más cercano al Sol.
Afelio
Punto de la órbita de un planeta más lejano al Sol.
Radio vector
Segmento imaginario que une al planeta con el Sol en cada instante de su órbita.
Eje mayor
Segmento más largo que atraviesa la elipse pasando por sus dos focos.
Eje menor
Segmento más corto que atraviesa la elipse perpendicularmente al eje mayor.

Preguntas para practicar

¿Por qué el Sol no se encuentra en el centro de la órbita elíptica?

Porque la primera ley de Kepler establece que el Sol ocupa uno de los dos focos de la elipse, no su centro geométrico. Esto explica que la distancia entre el planeta y el Sol cambie a lo largo del año, dando lugar al perihelio y al afelio.

¿Qué evidencia observacional permitió a Kepler formular su segunda ley?

Kepler analizó durante años las posiciones de los planetas, especialmente Marte, y notó que su rapidez no era constante. Observó que se movían más rápido cerca del Sol y más lento lejos de él, lo que lo llevó a enunciar que el radio vector barre áreas iguales en tiempos iguales.

Temas y conceptos clave

Primera ley de KeplerSegunda ley de KeplerÓrbitas elípticasPerihelio y afelioAportaciones de Copérnico y Keplerelipsefocoeje mayoreje menorperihelioafelioradio vectoráreas iguales en tiempos iguales
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Figuras de la página (2)

Esquema de una órbita elíptica con el Sol en uno de los focos; se señalan el perihelio, el afelio, el eje mayor y el eje menor.
Figura 1 image
Esquema de la segunda ley de Kepler: dos sectores de igual área barridos por el radio vector en tiempos iguales, con el planeta moviéndose más rápido cerca del Sol.
Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Qué diferencia hay entre perihelio y afelio?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué los planetas se mueven más rápido cerca del Sol?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué relación existe entre el período orbital y la distancia al Sol?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • Concepto de elipse y sus elementos (focos, ejes)
  • Movimiento de rotación y traslación de la Tierra
  • Modelo heliocéntrico de Copérnico
Siguiente tema sugerido
Tercera ley de Kepler y período orbital de los planetas
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1206 caracteres

Primera ley. Los planetas describen órbitas elipticas en las que el Sol se encuentra en uno de sus focos. Las elipses tienen forma alargada, un eje mayor, un eje menor y dos focos, como se muestra en la imagen.

La trayectoria que se forma con el movimiento planetario es una elipse. Al punto de la órbita más cercano al Sol se le denomina perihelio y al más lejano, afelio.

De acuerdo con la propuesta de Copérnico, la Tierra rota sobre su propio eje y tarda 365 dias con seis horas en trasladarse por su órbita eliptica alrededor del Sol. Marte tarda 687 dias porque está más lejos del Sol. En 1609, Johannes Kepler observó la variación de la rapidez del movimiento de cada planeta en el transcurso de la órbita. Observó que los planetas se mueven más lentamente a medida que están más lejos del Sol y más rápido cuando se encuentran más cerca de él. Con estas observaciones, formuló su segunda ley.

c Segunda ley. Cuando el planeta se mueve en su órbita alrededor del Sol, recorre áreas iguales en tiempos iguales. Dichas áreas están en función del radio vector que va de uno de los planetas al Sol.

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