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Docente: Edison Coímbra
Estudiante: Victoria Ansaldo Vedia
Carrera Ing. petrolera
Santa Cruz – Bolivia
TRABAJO PRACTICO Nº 4
FISICA I
MOVIENTO CIRCULAR
Nuestro satélite natural
La LunaLa Luna es el cuerpo más cercano a nuestro planeta, siendo el único satélite natural de la Tierra, acompañándonos en todo nuestro viaje anual alrededor del Sol. No todos los planetas poseen satélites. Mercurio y Venus no tienen ninguno. Sin embargo, la Luna, que es el satélite natural de la Tierra, es bastante más espectacular que el resto. Es muchísimo mayor que los pequeños satélites de Marte y sólo es comparable a los de los planetas más grandes.
1.- El movimiento circular de la luna
Descripción básicaLa órbita de la Luna es, en una primera aproximación, una elipse de baja excentricidad 0,054), con una distancia a la Tierra que ronda los 356.000 km en el perigeo y los 406.000 km en el apogeo. La distancia media es de unos 384.402 km, o lo que es lo mismo, 1,3 segundos-luz. El periodo de revolución es de 27,32 días y el sentido del movimiento de oeste a este, es decir, en sentido anti horario visto desde el Norte del sistema solar. El plano de la órbita está ligeramente inclinado respecto a la órbita de la Tierra alrededor del Sol (5° 9' en promedio), por lo que corta a ésta sólo en dos puntos, llamados nodos lunares. El nodo en el que la Luna pasa del sur al norte se denomina nodo ascendente y el contrario se llama nodo descendente.
FASES DELA LUNA La figura muestra la Luna en diferentes posiciones de su órbita alrededor de la Tierra. El Sol está muy alejado iluminando a ambos cuerpos celestes (en la parte superior de la figura)La mitad de la Luna está iluminada por el Sol (en color blanco), y la mitad de la Luna más cercana a la Tierra es visible por observador terrestre. A medida que la Luna se mueve alrededor de la Tierra podemos ver distintas fracciones de la parte iluminada por el Sol (las zonas en color amarillo).
• Cuando la Luna está entre la Tierra y el Sol, la parte de la Luna más cercana a la Tierra está oscura, por lo que no podemos ver la Luna, a esta fase se denomina Luna Nueva. • Cuando la Tierra está entre el Sol y la Luna, la parte de la Luna más cercan a la Tierra es la mitad iluminada, se denomina a esta fase Luna Llena. • Cuando la Luna está en posiciones intermedias, solamente la mitad de la parte más cercana a la Tierra está iluminada. Por tanto, solamente vemos un cuarto de la Luna, a estas dos fases se le denominan Cuartos, Creciente o Menguante dependiendo si la parte iluminada que es visible desde la Tierra tiende a crecer o a decrecer.
1.- Propiedades de las órbita
Las propiedades de las órbitas satelitales se resumen en las 3 leyes del movimiento planetario de Kepler (1609), quien las descubrió al observar a Marte. Estas leyes establecen el movimiento planetario con respecto al sol; y son aplicables a los satélites con respecto a la Tierra.
Leyes de Kepler
Si a un satélite en una órbita circular se le incrementa su velocidad por un impulso, no podrá moverse más rápido en esa órbita. En vez de eso, la órbita se convertirá en elíptica.
Leyes de Newton – Mecánica orbital
La teoría de la mecánica orbital está basada en dos leyes (1687)
El periodo orbital T de un satélite que gira alrededor de la Tierra se calcula en base a las Leyes de Newton y la Tercera ley de kepler, resultando la siguiente fórmula:
Ángulo de inclinación de las órbitas
Es el ángulo entre el plano ecuatorial y el plano de la orbita del satélite al entrar éste en el hemisferio norte.
Por tanto, según el plano orbital con respecto al Ecuador, las órbitas de los satélites artificiales pueden clasificarse en:
2.- Calcular o determinar los siguientes datos
a) Atura de satélite con respeto ala tierra.
a)Altura de satélite con respecto a la tierra:Solución.- La Luna está a 384.000 Km de la Tierra. El radio de la Tierra es 6.378 Km. Aplicando la fórmula, T = 0.01 (384.000 + 6.378)1.5 = 2.439.090 s = 1 mes.
b) Periodo de rotación satélite con respecto a la tierra :Ejemplo De acuerdo con las leyes de Kepler, ¿Cuál es el periodo orbital de un satélite que gira en una órbita de aproximadamente 35.786 Km por encima de la Tierra? Solución.- A Aplicando la fórmula, T = 0.01 (35.786 + 6.378)1.5 = 86.579 s = 24 horas (T= 2419200 s)0.01 (35.786 + 6.378)1.5 = 86.579 s = 24 horas+
c)Velocidad de satélite r = radio de la órbita luna =384.400 KmT = 1 mes
d) Longitud o perimetro de la orbita d = v . t => d = 999,37 m/s . 2419200 s = 24176759 m
Tipos de órbitas
De acuerdo a la ruta que sigue el satélite alrededor de la Tierra se definen distintas órbitas.
Órbita Geoestacionar
ia (GEO).
Órbita Media (MEO).
Órbita Baja (LEO).
Órbita muy elíptica (HEO).
Órbita geoestacionaria GEO
Órbita Geoestacionaria (GEO). Altura de 35.786 km, ubicada sobre el ecuador. Circula con un periodo de rotación de 24 horas, igual que el de la Tierra. Un solo satélite cubre 1/3 de la superficie terrestre.
Los GEO; precisan menos satélites para cubrir la totalidad de superficie terrestre. Sin embargo adolecen de un retraso (latencia) de 0.24 segundos, debido a la distancia que debe recorrer la señal desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así mismo, los GEO necesitan obtener unas posiciones orbitales específicas alrededor del ecuador para mantenerse lo suficientemente alejados unos de otros (unos 1600 kilómetros o dos grados). La ITU y la FCC (en los Estados Unidos) administran estas posiciones.
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Órbita Geoestacionaria (GEO)Posee las mismas propiedades que la geosíncrona, pero debe tener una inclinación de cero grados respecto al Ecuador y viajar en la misma dirección en la cual rota la tierra. Un satélite geoestacionario aparenta estar en la misma posición relativa a algún punto sobre la superficie de la Tierra, lo que lo hace muy atractivo para las comunicaciones a gran distancia. Así llamada en honor a Arthur C. Clarke, es una órbita geosíncrona circular y ecuatorial, que mantiene su posición relativa respecto a la superficie de la tierra. Una órbita geoestacionaria es sincrónica con la rotación de la Tierra, a 35,900 km. por encima del Ecuador terrestre.
PARÁMETROS DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA IDEALPeriodo del satélite (T) 23 hrs., 56 min., 4 seg.Radio de la Tierra (r) 6,377 Km.Altitud del satélite (h) 35,779 Km.Radio de la Órbita (d = r+h) 42,157 Km.Inclinación (respecto al ecuador) 0°Velocidad tangencial del satélite (v) 3.074 km./seg.
Órbitas GeoestacionariasLos primeros se sitúan sobre el Ecuador en una órbita a 36000 kilómetros de la Tierra. Permanecen siempre en la vertical de un punto determinado acompañando a la Tierra en su movimiento de rotación.
PARÁMETROS DE UNA ÓRBITA GEOESTACIONARIA IDEAL
Periodo del satélite (T) 23 hr, 56 min, 4 seg
Radio de la Tierra (r) 6,377 Km
Altitud del satélite (h) 35,779 Km
Radio de la Órbita (d = r+h) 42,157 Km
Inclinación (respecto al ecuador) 0
Velocidad tangencial del satélite (v) 3.074 km/seg
Excentricidad de la órbita 0
.- Órbitas de media altura MEO
Los satélites MEO orbitan entre las 1,000 y 22,300 millas sobre la superficie terrestre y no se mantienen estáticos en relación con la rotación de la tierra. Son utilizados mayormente en sistemas posicionadores geográficos. Hay una huella a una altitud entre 8,000 y 20,000 km. paraservicios como telefonía celular y señales GPS (global positioning system).El período orbital de los MEO oscila entre 2 y 12 horas. Algunos de estos satélites tienen órbitas circulares casi perfectas y por eso mantienen una altitud y velocidad constantes. Otros tienen órbitas elípticas, donde la altitud es mucho mayor en el apogeo, que en el perigeo y la velocidadmucho mayor en el perigeo, que en el apogeo, por lo que son más fácilmente accesibles desde éste. Una flota de varios MEO debidamente coordinados pueden proveer comunicación global y como están más cerca de la tierra que los geoestacionarios, sus bases terrestres pueden tenerrelativamente poco poder y antenas de diámetro más pequeño; a la vez, como están más alto que los LEO, tienen una huella de cobertura mayor sobre la superficie de la tierra; una flota de MEO requerirá menos satélites que una de LEO para cubrir todo el planeta Satélites de Orbita Media (MEO) Altitud de 9.00 Satélites de Orbita Media (MEO) Altitud de 9.000 a 14.500 Km. De 10 a 15 satélites son necesarios para abarcar toda la Tierra. 0 a 14.500 Km. De 10 a 15 satélites son necesarios para abarcar toda la Tierra.
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Satélites de Orbita Media (MEO) Altitud de 9.000 a 14.500 Km. De 10 a 15 satélites son necesarios para abarcar toda la Tierra.
Órbita Media (MEO). Altura de 8.000 a 20.000 km, describe una órbita elíptica. Su periodo es de 6 horas. Con 3 ó 4 satélites se tiene una cobertura global.
Inmersa pretende crear un sistema de navegación (GNSS, Global Navigation Satellite System) totalmente independiente del sistema GPS (EE.UU.) y GLONASS (Rusia), y por tanto, constituiría una alternativa (civil) a ellos.De hecho, el contratista de Inmarsat, ITT, ha señalado que un sistema global de navegación civil espacial puede ser desarrollado por menos de un millardo de dólares, una pequeña cantidad comparada con el coste del sistema GPS (6-10 millardos de dólares).Los pasos a seguir hasta constituir la GNSS son los siguientes:1.En los satélites Inmarsat-3 se incluye un transpondedor separado que gestiona las señales GPS, aumentando la integrabilidad de este sistema. Lo complementa.2.Los 12 satélites del proyecto 21 de Inmarsat (Inmarsat-P, ICO) incluirán antenas separadas, transponedoras y relojes atómicos así como otro instrumental necesario para proveer una amplia gama de servicios de navegación, pero no llegará a sustituir al GPS.3.En un tercer paso, se constituirá la GNSS independiente de GPS.Veamos el primer paso dado por Inmarsat para establecer una GNSS propia a partir de los satélites de Inmarsat 3. Concretamente, la tercera generación de Inmarsat se encarga de la integridad del sistema GPS mediante la técnica GIC (GPS Integrity Channel) , está basada en una red terrena que monitoriza los satélites y transmite a los usuarios los resultados, para lo que el uso de satélites geoestacionarios y los satélites de INMARSAT serán los encargados de llevarla a cabo
Satélites GPS y Glonass
Satelite GPS 800 × 800 - 246k - gif
GPS. ORBITING SATELLITE400 × 250 - 36k - jpg
GPS. ORBITING SATELLITE
400 × 250 - 36k - jpg
GPS (satellite)220 × 220 -
14k - jpg
system GPS satellites
400 × 400 - 21k - jpg
Type 2R Satellite398 × 400 -
20k - jpg
Type 2R Satellite
398 × 400 - 20k - jpg
GPS – de 468 × 350 - 266k - png
Satélites de Orbita Baja (LEO) Altitud de 725 a 1.450 Km. Son necesarios más de unos 40 satélites para la cobertura total. Los satélites proyectan haces sobre la superficie terrestre que pueden llegar a tener diámetros desde 600 hasta 58.000 Km. Como se observa en la figura, los haces satelitales son divididos en celdas, cuyas frecuencias pueden ser reutilizadas en diferentes celdas no adyacentes, según un patrón conforme al Seamless handover. LEOLas órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda extraordinario y una latencia reducida. Existen planes para lanzar enjambres de cientos de satélites que abarcarán todo el planeta. Los LEO orbitan generalmente por debajo de los 5035 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 600 y los 1600 kilómetros. A tan baja altura, la latencia adquiere valores casi despreciables de unas pocas centésimas de segundo. Tres tipos de LEO manejan diferentes cantidades de ancho de banda. Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de bajo ancho de banda (de decenas a centenares de Kbps), como los buscapersonas, e incluyen a sistemas como Orbcomm. Los grandes LEO pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de transmisión de datos (de cientos a miles de Kbps). Los LEO de banda ancha (también denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbps y entre ellos se encuentran Teledecic, celestre y skybridge.
Orbitas leo Las orbitas leo son orbitas de baja altura, tienen sus orbitas a altitudes de unos 500 a 2000km.Las ventajas de las orbitas leo son:•El tiempo de propagación de la señal es bajo•El satélite viaja a gran velocidad, da una vuelta a la tierra en 1.5 a 2horas.•Proporciona cobertura mundial.Los inconvenientes son:•Es necesario corregir continuamente la orbita debido al efecto de la atmósfera•Son necesarios muchos satélites parea cubrir el globo terrestre.
•Órbita de Baja Altura (LEO) : Estas órbitas se encuentran en el rango de 640 km a 1,50% km entre las llamadas región de densidad atmosférica constante y la región de los cinturones de Van Allen. Los satélites de órbita baja circular son muy usados en sistemas de comunicaciones móviles.
Constelación del sistema TELEDESIC
Teledesic utiliza antenas orientadas y cartografía regional para reducir el número de Hanover debidos al movimiento del satélite y de la Tierra. La superficie de la Tierra está dividida aproximadamente en 2000 súper-células y cada súper-célula está dividida en 9 células. La súper-célula es un cuadrado de 160 km de lado. La cobertura del satélite es de 64 súper-células (576 células) lo que corresponde a una súper-célula por haz. Los recursos están asociados a cada célula y son controlados por el satélite. Un terminal móvil se quedará con los mismos recursos durante todo el tiempo de su llamada cualquiera que sea el número de satélites que utilice durante la llamada. El método de acceso múltiple elegido es una combinación de división en espacio, tiempo y frecuencia.
El sistema Teledesic es el sistema más ambicioso de los diferentes sistemas propuestos. Es un sistema LEO con 840 satélites más 84 de reserva repartidos en 21 planos a una altura comprendida entre 695 y 705 km.
Teledesic
Teledesic aspira a proporcionar servicios de transmisión de datos de alta velocidad (broadband) fijos y móviles de calidad comparable a la proporcionada por fibra óptica. Luego, el termino de Broadband LEO es más apropiado que el de Big LEO para Teledesic. Para proporcionar esa velocidad la banda Ka fue elegida para los enlaces móviles. El ángulo de elevación mínimo es de 40° para remediar las pérdidas por lluvia en esta banda de frecuencia. El sistema permite la visibilidad de dos satélites al mismo tiempo desde un terminal móvil y así reparte la carga entre los satélites. Cada satélite está conectado con sus 8 vecinos y actúa como un conmutador en la red de satélites. Las pasarelas permiten la conexión a la red pública y al sistema que soporta la base de datos Teledesic, a redes privadas y terminales de alta velocidad.
Cobertura del sistema TELEDESIC
Es un sistema de satélites digital LEO que funciona como red de comunicaciones personal mundial.Está diseñada para admitir: voz, datos, fax, servicio de mensajería....y se espera que sea capaz de contactar con el usuario destino en cualquier momento y sea cual sea su situación. Las aplicaciones de este sistema son amplias y variadas; •Uso empresarial para personas que tienen que quedar en contacto con oficinas situadas en diferentes continentes.•Comunicaciones de rescate durante catástrofes naturales, hundimientos...,•Servicio para el desarrollo de naciones que no tengan infraestructura de telecomunicaciones, uso personal,... IRIDIUM está enfocado al uso en áreas donde la densidad de tráfico es baja - baja densidad de población, océanos, áreas donde las comunicaciones personales estén emergiendo. En aquellas zonas que registren una alta densidad de tráfico el sistema más eficiente seguirá siendo la telefonía celular terrestre. Motorola tiene la licencia para construir, lanzar y dirigir el sistema Iridium. Descripción del sistema IRIDIUM y su constelación: El sistema IRIDIUM incluye una constelación de 66 satélites, pequeños e inteligentes -en órbita baja- que pueden comunicarse entre si, como en un seste Iridios ma de comunicaciones conmutado digital utilizando el principio de diversidad celular para proporcionar cobertura continua a cualquier punto del planeta que esté a una altitud inferior a 185 km.
Iridios Constelación del sistema IRIDIUM
Cobertura del sistema IRIDIUM
