¿Hay un cambio de altitud al "caer alrededor de la tierra"?

En una situación de órbita circular perfecta/del mundo no real/ideal, no perderían altitud. Están cayendo pero no alcanzan el planeta debido a su velocidad "lateral".

En el mundo real, la resistencia aerodinámica y otros factores hacen que pierdan velocidad y, por lo tanto, altitud.

Las animaciones en esta página de wikipedia que explican el experimento mental Mountain Cannon de Newton pueden ser útiles.

(Imagen de https://physics.stackexchange.com/q/67012 )

Las órbitas no tienen que ser circulares. Si alguien está orbitando en una órbita no circular (es decir, elíptica), su altitud cambiará, como en la órbita amarilla de esta imagen:

(crédito: Søren Peo Pedersen a través de Wikimedia Commons )

En el lado derecho del planeta, el satélite amarillo no tiene suficiente velocidad para mantener su altitud, por lo que su altitud disminuye. Cuando gira hacia la izquierda, la situación se invierte: tiene una altitud más baja y una velocidad más alta, y tiene demasiada velocidad para mantener su altitud. Otra media órbita más tarde, y vuelve a su situación original con demasiada altitud y muy poca velocidad. El satélite sigue oscilando entre estos extremos, y la órbita forma una elipse en lugar de un círculo.

Si equilibras la velocidad y la altitud correctamente, obtienes una órbita circular. De lo contrario, obtienes una órbita elíptica. (A menos que vaya demasiado rápido, en cuyo caso obtiene una trayectoria de escape)

Creo que "caer" aquí es solo un eufemismo para "seguir la trayectoria natural de las fuerzas de inercia", en el sentido de que una bala que sale del cañón cae (aparte de la resistencia del aire) desde el momento en que sale de la boca, incluso si apunta hacia arriba y una persona que salta cae desde el momento en que deja de tocar el suelo.

Probablemente no sea la mejor palabra para usar cuando se trata de hablar en términos generalmente accesibles.

Una forma de pensarlo es considerando que la Estación Espacial está dando vueltas alrededor de la Tierra a 28000 kilómetros por hora.
dando vueltas a la Tierra. Como un cubo en una cuerda, balanceándose alrededor de tu cabeza.

Si la Tierra no tuviera gravedad y ataras una cuerda a la ISS, estaría tirando muy fuerte de esa cuerda. Esta fuerza resulta del efecto de fuerza centrífuga .

La gravedad de la Tierra proporciona la "cuerda" que mantiene a la estación espacial cerca de ella.
El movimiento circular de la estación espacial proporciona la fuerza exterior aparente que coincide exactamente con esta atracción de la Tierra.
El resultado final es que los habitantes de la estación espacial experimentan fuerzas exactamente equilibradas, que se sienten (casi) exactamente como gravedad cero.

¿En cuanto a cambiar de altitud? Debido al equilibrio de fuerzas, la estación espacial gira alrededor de la Tierra en una elipse. Pero una elipse muy redonda. La altitud media en el transcurso de una órbita no cambia en absoluto, y la altitud específica difiere muy, muy poco en las diferentes etapas de la órbita, debido a la muy baja excentricidad de la elipse de la órbita. A todos los efectos prácticos, puede considerar que la órbita de la ISS es un círculo perfecto alrededor de la Tierra, a una altitud constante.

Tal vez ayude intentar extrapolar a partir de algo intuitivo.

Al llegar a la cima de una colina en una montaña rusa, a menudo sentirá "Zero-G", donde no siente la fuerza de nada que lo toque (es decir, se levanta ligeramente del asiento, pero las restricciones tampoco lo empujan hacia abajo). Obviamente, la montaña rusa no apaga la gravedad solo para ti, así que, ¿qué está pasando para que te sientas ingrávido?

Lo que a menudo llamamos "Zero-G" en realidad tiene otro nombre: caída libre. La diferencia es que cuando saltas de un avión, sabes que estás cayendo. Cuando estás en una montaña rusa, tu percepción suele ser un poco diferente; porque el vehículo se está moviendo en relación con la Tierra (es decir, cayendo), pero usted no se está moviendo en relación con el vehículo, puede sentirse un poco como cuando está flotando en el agua: no se está moviendo, pero nada se mueve manteniéndolo activamente en su lugar .

Este efecto se logra mediante una ingeniería cuidadosa, de modo que el arco parabólico de la pista sigue el arco parabólico de la gravedad. En particular, este es exactamente el mismo arco que seguiría una bala de cañón, si la lanzaras a la misma velocidad que la montaña rusa.

Ahora, en lugar de pensar en las velocidades de la montaña rusa, vayamos un poco más rápido: si imagina el arco parabólico de la montaña rusa y agrega más velocidad horizontal (pero mantiene la velocidad vertical igual), la parábola se extendería más y más. . Eventualmente, llegaría al punto en que los dos extremos (los puntos donde la parábola se cruza con la Tierra) estarían realmente detrás del horizonte entre sí, y en ese punto, sucede algo interesante: vas tan rápido horizontalmente que la cantidad El tiempo que tardas en llegar al suelo aumenta , porque el suelo se está alejando un poco de ti debido a la curvatura de la Tierra (que es una esfera).

¡ Ahora agregue aún más velocidad ! Cuanto más rápido vayas, más se separarán los extremos de tu parábola, al menos hasta que tu parábola cubra la Tierra de un extremo a otro, permitiéndote comenzar en el polo sur y aterrizar en el polo norte. Pero, ¿qué pasa si vamos aún más rápido ? Los extremos continuarán alejándose del punto más alto de su arco (que ahora podría llamarse razonablemente "apoapsis"), pero comenzarán a acercarse entre sí, hacia el otro lado del mundo.

Ahora sigues agregando más y más velocidad y acercando los extremos de tu parábola hasta que se tocan... Y estás en órbita. Cualquier velocidad que "pierdas" en tu ascenso se recuperará después de pasar tu apoapsis, y terminarás en el fondo yendo a la misma velocidad que comenzaste, lo que significa que seguirás dando vueltas y vueltas, sin tocar nunca el suelo.

Si agrega un poco más de velocidad en este punto, puede elevar la parte inferior (ahora llamada "periapsis") para que sea igual a su apoapsis, y tendrá una órbita circular: nunca se acerca ni se aleja del Tierra, y seguirás orbitando para siempre.

Y todo lo que se necesita es caer de lado muy rápido.

La ISS pierde altura continuamente debido a la resistencia atmosférica.

Como puede ver, los reinicios (picos repentinos en la altitud en los gráficos) se realizan en promedio una vez al mes, pero puede haber muchos meses consecutivos durante los cuales no se realiza ningún ajuste en la altitud orbital de la estación.

Imagen y cita en bloque de ¿Con qué frecuencia es necesario volver a impulsar la ISS a una órbita más alta?

Mire diciembre y enero, un período sin ningún reinicio, desde 412 km hasta 406 km.

Entonces, si consideramos la resistencia atmosférica, hay un cambio permanente de altitud al caer alrededor de la Tierra.

Dibuja un círculo y luego dibuja una línea tangente al círculo. Sea C el centro de la circunferencia y T el punto de tangencia. Toma otro punto P en la línea. La distancia de C a P será mayor que la distancia de C a T.

Esta línea representa el camino que tomaría un satélite sin gravedad. Si la gravedad se apagara repentinamente, la distancia del satélite a la Tierra aumentaría porque volaría en una línea tangente a su órbita.

Entrar en una órbita circular significa obtener suficiente velocidad para que la altitud que ganarías con este efecto sea suficiente para cancelar la altitud que pierdes debido a la gravedad.