(2a) liefert die Antwort. Da schreib ich erst mal den zweiten Teil hin und daneben das Rechenergebnis für v_o noch einmal. Dann setz ich die Geschwindigkeitsgleichung in die Energiegleichung ein und heraus kommt eine negative Energiebilanz
Dasselbe Ergebnis erhalten wir für unteren Radius und untere Geschwindigkeit.
Und wieder bekommen wir "negative Energie". Das liegt daran. dass man den Nullpunkt der potentiellen Energie nicht wie beim senkrechten Wurf beim Abwurfpunkt setzt, sondern in die "Unendlichkeit" verlegt. Positive Energiebilanz erhält der Satellit erst, wenn er sich aus den Fängen der Gravitation befreit.
https://de.wikipedia.org/wiki/Mond
Der mittlere Erde-Mond-Abstand wächst aufgrund der Gezeitenreibung jährlich etwa um 3,8 cm (siehe Lunar Laser Ranging). Dabei wird Drehimpuls (hauptsächlich) der Erdrotation in Bahndrehimpuls verwandelt (hauptsächlich des Mondes, siehe Tabelle)
Siehe Gleichung (1)
Durch die Gezeitenreibung verringert sich die Erdrotation (Tage werden länger).
Den Drehimpuls, den die Erde verliert, nimmt der Mond auf. Und höherer Drehimpuls bedeutet für ihn, dass er sich jedes Jahr ein paar Zentimeter von der Erde entfernt.
Spätestens dann aber, wenn auch die Erde gebunden rotiert ist damit Schluss.