Orbitas

En un sistema simple y aislado, un cuerpo que describe una órbita en tomo a otro con mucha más masa sigue una trayectoria circular alrededor del centro del cuerpo central. En cualquier punto de una órbita estable y circular, la fuerza centrífuga es igual que la fuerza centrípeta debida a la gravitación. Considerando equivalentes estas dos fuerzas al actuar sobre un satélite, es posible derivar la tercera ley de Kepler, que relaciona el tiempo que tarda un satélite en completar una órbita con el radio de la misma (expresado matemáticamente, , siendo t el tiempo invertido en completar una órbita, y r el radio de esa órbita). La tercera ley de Kepler es de aplicación universal, y válida, por lo mismo, tanto para las órbitas elípticas como para las circulares; por lo que se puede aplicar a los planetas (y satélites respectivos) del sistema solar, que describen trayectorias elípticas.

Para mantener una órbita de determinado radio alrededor de un objeto de una masa dada, un satélite tiene que mantener una velocidad específica, llamada velocidad orbital. Cuando la velocidad del satélite es suficientemente grande, tiene energía para escapar del campo gravitatorio efectivo del cuerpo central. La velocidad mínima necesaria para que ocurra esto se llama velocidad de escape; es aproximadamente igual a una vez y media la velocidad orbital correspondiente al radio orbital en cuestión. Para un objeto lanzado de la superficie de la Tierra, la velocidad es de unos 11 km/s.

Una vez en órbita, los ocupantes de una nave espacial son ingrávidos. Este efecto se debe a que la nave y sus ocupantes se hallan en caída libre, es decir,  están sujetos por igual a una fuerza hacia abajo igual a la aceleración debida a la gravedad (g). Y como los tripulantes están «cayendo» alrededor de la Tierra a la misma velocidad que su nave, no se mueven en relación con el interior de la nave, por lo que se dan cuenta de su falta de peso. Sin embargo, para que se produzca la ingravidez un objeto sólo necesita acelerarse bajo la acción de la gravedad a g (aproximadamente a ); en cambio, para que una persona experimente la sensación de ingravidez tiene que estar situada dentro de un contenedor que esté cayendo también a g.