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Hola, Rodrigo. Buena pregunta y es muy útil hacer este tipo de reflexiones.

Breve repaso: La clave de todo este tema es que para fuerzas centrales es posible demostrar que se mantiene constante

    $E = \frac 1 2 m \dot r ^2 + U_{ef}(r)$

quedando el valor determinado por las condiciones iniciales. Esta ecuación es equivalente a un problema en una dimensión de una partícula que tiene que moverse por un perfil dado por $U_{ef}(r)$.

Una forma que me ayuda a entender estas situaciones es pensar en una partícula que se mueve por un terreno que tiene montañas y valles dados por esa función.

De la ecuación anterior se puede despejar el término de «energía cinética»:

    $\frac 1 2 m \dot r^2 = E - U_{ef}(r)$

Luego, observamos que, en cualquier parte del movimiento, se debe cumplir

    $\frac 1 2 m \dot r ^2 \ge 0 \quad \leftrightarrow \quad E \ge U_{ef}$

Por lo tanto no es posible observar la partícula en una situación en que $E < U_{ef}(r)$. Esto significa que la partícula tiene el acceso prohibido a cualquier valor de $r$ donde se cumple esa desigualdad (la partícula no puede «subir la montaña» si no tiene energía suficiente).

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(1) De la gráfica vemos que cuando $E < 0$ aparece un cierto $r_m$ tal que para cualquier $r > r_m$, queda $E < U_{ef}$. La conclusión es que, por lo tanto, el movimiento queda restringido a la región $0 < r \le r_m$.

(2) Cuando tenemos $0< E < U^M_{ef}$, la región de valores posibles de $r$ queda separada en dos intervalos en los cuales puede estar la partícula (uno de ellos va del origen hasta cierto radio y el otro va desde un radio mayor hasta infinito). Dadas las condiciones iniciales que definen en cuál de los intervalos comienza el movimiento, la partícula queda confinada a ese intervalo y no puede pasar al otro.

(3) Si $E = U_{ef}$, entonces $\dot r = 0$ y por lo tanto $r(t) = \text{cte.}$. El radio se mantiene constante, y como también se conserva el momento angular, el movimiento resultante es circular uniforme (en la analogía con el movimiento 1D, la partícula se queda  quieta «en la parte más alta de la montaña»).

(4) Si $E > U^M_{ef} \ge U_{ef}(r)$, todos los valores de $r$ son accesibles (la energía «alcanza» para recorrer todo el terreno).

Un último detalle: desde el punto de vista de la energía sería concebible (aunque preocupante) tener $r = 0$. Pero esto en realidad no puede suceder debido a la conservación del momento angular. ¿Sabrías explicar los detalles?

Saludos,

NC