Esta es una gran pregunta. Aparece muy a menudo. Si preguntas a las personas que te rodean, hay dos respuestas comunes:
Los astronautas flotan en el espacio porque no hay gravedad en el espacio. Todo el mundo sabe que cuanto más lejos se llega de la Tierra, menor es la fuerza gravitacional. Bueno, los astronautas están tan lejos de la tierra que la gravedad es tan pequeña. Por eso la NASA lo llama microgravedad.
En el espacio, nadie puede oír tus gritos. Sabes por qué?, Porque no hay aire en el espacio. Sin aire, sin sonido. Sin aire, sin gravedad. Simple.
sí, ambos son incorrectos. ¿Pero por qué?
Es la fuerza de la gravedad es demasiado débil en el espacio?
¿Qué es la fuerza gravitacional? Es una interacción entre objetos que tienen masa. La Tierra tiene masa y el astronauta tiene masa, por lo que se sienten atraídos. Podemos modelar esta fuerza de atracción con la siguiente expresión.,
En este modelo para la magnitud de la fuerza gravitacional, M1 y m2 son las masas y r es la distancia entre los centros de estas dos masas. G es la constante gravitacional. Tiene un valor de 6,67 x 10-11 N*m2/kg2. Oh, pero ¿qué pasa con el famoso (o infame) g = 9,8 N/kg? (o comúnmente listados en unidades de m/s2) ese valor es solo para objetos en la superficie de la Tierra. Mira esto. Si tengo algo sentado en el suelo, interactúa con la Tierra. La masa de la Tierra es 5.,97 x 1024 kg y el Centro de la Tierra está a 6.38 x 106 m de distancia (el radio de la Tierra). Permítanme poner estos valores en el modelo gravitacional.
Sí, que no es de 9,8 N/kg. Utilicé valores redondeados en el cálculo para que esté apagado solo un poco. Pero entiendes la idea. Me estoy desviando. ¿No dice esta expresión que la fuerza gravitacional se debilita a medida que nos alejamos de la Tierra? Sí. Pero no Por tiene mucho como usted piensa. Una altura típica de un transbordador espacial en órbita es de unos 360 km por encima de la superficie de la Tierra., Supongamos que tengo un astronauta de 75 kg. ¿Cuál sería el peso (fuerza gravitacional) en el astronauta tanto en la superficie como en órbita? La única diferencia será la distancia entre el astronauta y el centro de la Tierra.
Y en órbita:
más Pequeños? Sí. Lo suficiente como para llamarlo «ingravidez»? No. La fuerza gravitacional en órbita es 89% tan grande como en la superficie., Por lo tanto, esta no es la explicación correcta para la «ingravidez».
¿qué pasa con la falta de aire?
probablemente pueda encontrar algunos ejemplos de por qué esta no es la causa de la «ingravidez». Aquí hay uno que me gusta. Básicamente, es una demostración de cómo funciona una ventosa. Hice un video de una masa colgando de un dardo de succión dentro de una campana de vacío. (enlace aquí) esta es una imagen de la masa antes de que el aire fuera bombeado.
Cuando el aire es removido, suceden dos cosas., En primer lugar, la ventosa ya no chupa (porque realmente no chupan de todos modos). Segundo, la masa cae. A pesar de que esencialmente no hay aire en la cámara, la masa sigue cayendo.
otro ejemplo es la luna. No hay aire en la Luna, pero los astronautas no flotan, incluso cuando saltan. Aquí está el «saludo de salto» de John Young.
¿Y qué acerca de la propia Tierra? ¿Por qué orbita alrededor del Sol? Orbita porque hay una fuerza gravitacional entre los dos objetos., Hay una interacción a pesar de que no hay aire entre ellos.
¿por qué flotan?
tal vez debería hablar sobre cómo se siente el peso. ¿Cuál es su peso aparente? Déjame seguir adelante y decir que lo que estás sintiendo ahora mismo no es realmente gravedad. Supongamos que empiezo con algunos ejemplos.
Ejemplo 1: Ir de pie en un ascensor. No presione los botones. Quédate ahí para que el ascensor esté en reposo. ¿Cómo te sientes? ¿Incómodo? Aquí hay un diagrama.,
Ya están en reposo y permanecer en reposo, está en equilibrio (la aceleración es cero). Si su aceleración es cero, la fuerza neta también debe ser cero (técnicamente, el vector cero). Las dos fuerzas sobre ti son la fuerza del piso empujando hacia arriba y la interacción gravitacional con la Tierra tirando hacia abajo. Las magnitudes de estas dos fuerzas tienen que ser iguales para que la fuerza neta sea cero.
Ejemplo 2: Ahora presione el botón «arriba». Durante el corto intervalo que el ascensor acelera hacia arriba, ¿cómo te sientes? Ansioso?, O tal vez te sientes un poco más pesado. Si su ascensor es como el de este edificio, puede sentirse frustrado por lo lento que va la maldita cosa. ¿Y qué es ese olor raro? Aquí hay un diagrama para el elevador de aceleración ascendente (y usted).
En términos de fuerzas, lo que tiene que ser diferente? Si la persona está acelerando hacia arriba, la fuerza neta también debe ser hacia arriba. Usando las mismas dos fuerzas que arriba, hay dos maneras en que esto puede suceder., El suelo puede empujar más sobre ti, o la Tierra puede tirar menos. Dado que la fuerza gravitacional depende de tu masa, la masa de la Tierra y la distancia entre ellas, no cambia. Esto significa que el suelo debe empujar más fuerte en usted. Pero espera, te sientes más pesado y sin embargo la fuerza gravitacional es la misma.
Ejemplo 3: se está acercando a la planta superior y el ascensor tiene que detenerse. Ya que se estaba moviendo hacia arriba, pero ralentizando tiene que acelerar en la dirección hacia abajo.
Ahora, la fuerza neta debe ser en la dirección descendente., De nuevo, la magnitud de la fuerza gravitacional no cambia. Lo único que puede pasar es que el piso empuje menos. De esto, te sientes más ligero. ¿Verdad?
último ejemplo: supongamos que el cable del elevador se rompe y el elevador se cae. En este caso, la aceleración del elevador será de -9.8 m/s2 (como cualquier objeto de caída libre). ¿Cuánto tendría que empujar el piso hacia arriba sobre la persona para acelerar hacia abajo a -9.8 m/s2? No tendría que empujar en absoluto. La fuerza que el piso ejerce sobre ti sería cero. ¿Cómo te sentirías?, Te sentirías asustado-quiero decir que estás en un ascensor con el cable cortado. ¿Cómo crees que te sentirías si no? Bueno, tal vez podrías tener miedo y hambre si llegaras tarde a almorzar o algo así. Te sentirías ingrávido. ¿Podría pasar esto realmente? Absolutamente. De hecho, algunas personas incluso pagan para hacer esto., Echa un vistazo a este paseo, Superman:
La idea básica es que te metes en el coche, se amplía hasta la parte vertical de la pista. Durante las partes que suben y bajan para el movimiento, la aceleración es de -9.8 m / s2, por lo que se siente ingrávido. Permítanme resumir hasta ahora:
- en todas estas situaciones, la fuerza gravitacional no cambia.
- Para las diferentes situaciones, diferentes aceleraciones.,
- cuanto menos te empuje el piso, más ligero Te sentirás.
- si el piso no te empuja en absoluto, te sientes ingrávido.
Oh, hay otro gran ejemplo de esta ingravidez en la Tierra. El cometa vómito. Sí, es real. Básicamente, es un avión que vuela de una manera que tiene una aceleración hacia abajo de la misma manera que un objeto de caída libre. Al igual que el ascensor que cae excepto que no golpea el suelo.
Uno de los más cosa fresca sobre el cometa del vómito., En la película Apolo 13, las escenas ingrávidas fueron filmadas dentro del cometa vómito. De esta manera, no solo se vería ingrávido, sería ingrávido. Por supuesto, esto significa que tenían que rodar escenas como 30 segundos a la vez.
de Vuelta a los astronautas
Los astronautas en el Transbordador Espacial y el Transbordador Espacial está en órbita alrededor de la Tierra. ¿Pero se está acelerando? Sí. Se está acelerando porque la Tierra tira de ella a través de la fuerza gravitacional., A pesar de que se está moviendo en un círculo, todavía se está acelerando. Se podría decir que el transbordador espacial está cayendo ya que su movimiento está determinado por la fuerza gravitacional. Sin embargo, dado que realmente no se acerca a la Tierra durante su movimiento, sería mejor llamarlo «en órbita». Piensa en esto. Supongamos que atas una cuerda a una bola y la balanceas alrededor de tu cabeza en un círculo casi horizontal. ¿La bola que se mueve en un círculo se acelera? Sí. Si acelera, debe tener una fuerza en la dirección de la aceleración., Para la bola, esta sería la tensión en la cuerda que tira de ella hacia el centro del círculo. Para un objeto en órbita, la fuerza gravitacional tira de la nave espacial. Bueno, y si tomas una bola gigante y una cuerda y la balanceas. Si pones a una persona dentro de la pelota, ¿esa persona sería ingrávida? No. La diferencia con la gravedad es que tira de todas las partes de la nave espacial y todas las partes del cuerpo de una persona. Si estuvieras en una bola circular gigante en movimiento, la pared de la bola tendría que empujarte. Tal vez este diagrama ayude.,
Pero lo que si usted está realmente en un lugar donde la fuerza gravitacional es cero (como lejos de otros objetos masivos)? ¿Puedes hacer que parezca que tienes peso en este caso? Sí. Esto es esencialmente lo contrario del caso orbital. Si puedes hacer que la nave acelere con una magnitud de 9.8 m/s2, se sentirá como si estuvieras en la Tierra. Una forma de acelerar sería con cohetes., Tal vez esto sería una cosa útil si usted está tratando de llegar a otra estrella o algo porque usted sería más rápido y más rápido. ¿Pero qué pasa si realmente no quieres ir a ningún lado, pero quieres sentirte como lo hace en la Tierra? Bueno, podrías hacer una nave espacial que gira. Moviéndose en un círculo (en el interior de la nave espacial), tendría una aceleración y por lo tanto una fuerza neta. Aquí está un astronauta en una nave espacial giratoria en una región sin gravedad. Junto a ese astronauta, puse un diagrama de una persona en un ascensor., En ambos casos, el suelo empuja hacia arriba al astronauta con la misma magnitud. Estas dos personas esencialmente sentirían lo mismo (pero no del todo ya que la parte superior de la cabeza giratoria del astronauta en realidad se mueve de manera diferente que los pies).
y aquí está una toma de la película 2001: Una odisea del espacio que muestra a la gente dentro de nave espacial giratoria.
Nota Final
Sí. Este es un post de rehacer., Escribí sobre esto en 2008, pero el formato no era del todo correcto. Esto me da una buena oportunidad para reescribirlo.
