Good Mood

Questa è una grande domanda. Si presenta abbastanza spesso. Se chiedi alle persone intorno a te, ci sono due risposte comuni:

Gli astronauti galleggiano nello spazio perché non c’è gravità nello spazio. Tutti sanno che più ci si allontana dalla Terra, minore è la forza gravitazionale. Bene, gli astronauti sono così lontani dalla Terra che la gravità è così piccola. Questo è il motivo per cui la NASA lo chiama microgravità.

Nello spazio, nessuno può sentirti urlare. Sai perche’?, Perché non c’è aria nello spazio. Niente aria, niente suono. Niente aria, niente gravità. Semplice.

Sì, entrambi sono sbagliati. Ma perché?

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La forza gravitazionale è troppo debole nello spazio?

Qual è la forza gravitazionale? È un’interazione tra oggetti che hanno massa. La Terra ha massa e l’astronauta ha massa-quindi sono attratti. Possiamo modellare questa forza attraente con la seguente espressione.,

In questo modello per la grandezza della forza gravitazionale, M1 e m2 sono le masse e r è la distanza tra i centri di queste due masse. G è la costante gravitazionale. Ha un valore di 6,67 x 10-11 N * m2 / kg2. Oh, ma per quanto riguarda il famoso (o infame) g = 9.8 N / kg? (o comunemente elencati in unità di m / s2) Quel valore è solo per gli oggetti sulla superficie della Terra. Guarda qui. Se ho qualcosa seduto a terra, interagisce con la Terra. La massa della Terra è 5.,97 x 1024 kg e il centro della Terra è 6,38 x 106 m di distanza (il raggio della Terra). Permettetemi di inserire questi valori nel modello gravitazionale.

Sì, non è 9.8 N / kg. Ho usato valori arrotondati nel calcolo in modo che sia spento solo un po’. Ma si ottiene l’idea. Sto andando fuori strada qui. Questa espressione non dice che la forza gravitazionale si indebolisce man mano che ci si allontana dalla Terra? Sì. Ma non da ha molto come si pensa. Un’altezza tipica per uno Space Shuttle orbitante è di circa 360 km sopra la superficie della Terra., Supponiamo di avere un astronauta di 75 kg. Quale sarebbe il peso (forza gravitazionale) sull’astronauta sia in superficie che in orbita? L’unica differenza sarà la distanza tra l’astronauta e il centro della Terra.

E in orbita:

più Piccolo? Sì. Abbastanza da chiamarlo “senza peso”? No. La forza gravitazionale in orbita è 89% grande come sulla superficie., Quindi, questa non è la spiegazione corretta per “assenza di peso”.

Che dire della mancanza di aria?

Probabilmente puoi trovare alcuni esempi del perché questa non è la causa di “assenza di peso”. Ecco uno che mi piace. Fondamentalmente, è una dimostrazione di come funziona una ventosa. Ho fatto un video di una massa appesa a un dardo di aspirazione all’interno di una campana del vuoto. (link qui) Questa è una foto della massa prima che l’aria fosse pompata fuori.

Quando l’aria viene rimossa, accadono due cose., In primo luogo, la ventosa non fa più schifo (perché in realtà non succhiano comunque). In secondo luogo, la massa cade. Anche se non c’è essenzialmente aria nella camera, la massa cade ancora.

Un altro esempio è la luna. Non c’è aria sulla luna, ma gli astronauti non galleggiano via – anche quando saltano. Ecco “jump salute” di John Young.

E che dire della Terra stessa? Perché orbita attorno al Sole? Orbita perché c’è una forza gravitazionale tra i due oggetti., C’è un’interazione anche se non c’è aria tra di loro.

Allora perché galleggi?

Forse dovrei parlare di come ti senti peso. Qual è il tuo peso apparente? Lasciatemi andare avanti e dire che quello che si sente in questo momento non è davvero la gravità. Supponiamo di iniziare con alcuni esempi.

Esempio 1: Vai in piedi in un ascensore. Non premere i pulsanti. Basta stare lì in modo che l’ascensore sia a riposo. Come ti senti? Imbarazzante? Ecco un diagramma.,

Poiché sei a riposo e stai a riposo, sei in equilibrio (l’accelerazione è zero). Se l’accelerazione è zero, anche la forza netta deve essere zero (tecnicamente, il vettore zero). Le due forze su di te sono la forza dal pavimento che spinge verso l’alto e l’interazione gravitazionale con la Terra che tira verso il basso. Le grandezze di queste due forze devono essere uguali affinché la forza netta sia zero.

Esempio 2: Ora premi il pulsante” su”. Durante il breve intervallo che l’ascensore accelera verso l’alto, come ti senti? Ansioso?, O forse ti senti un po ‘ più pesante. Se il tuo ascensore è come quello di questo edificio, potresti sentirti frustrato da quanto sia lento quel dannato affare. E cos’e ‘ questo strano odore? Ecco un diagramma per l’ascensore di accelerazione verso l’alto (e tu).

In termini di forze, cosa deve essere diverso? Se la persona sta accelerando verso l’alto, anche la forza netta deve essere verso l’alto. Usando le stesse due forze di cui sopra, ci sono due modi in cui questo può accadere., Il pavimento può spingere di PIÙ su di te, o la Terra può tirare MENO. Poiché la forza gravitazionale dipende dalla tua massa, dalla massa della Terra e dalla distanza tra queste, non cambia. Ciò significa che il pavimento deve spingere più forte su di te. Ma aspetta, ti senti più pesante eppure la forza gravitazionale è la stessa.

Esempio 3: Ci si avvicina all’ultimo piano e l’ascensore deve fermarsi. Dal momento che si stava muovendo verso l’alto, ma rallentando deve accelerare nella direzione verso il basso.

Ora la forza netta deve essere nella direzione verso il basso., Ancora una volta, la grandezza della forza gravitazionale non cambia. L’unica cosa che può accadere è che il pavimento spinga meno. Da questo, ti senti più leggero. Giusto?

Ultimo esempio: supponiamo che il cavo dell’ascensore si rompa e l’ascensore cada. In questo caso, l’accelerazione dell’ascensore sarà -9,8 m / s2 (proprio come qualsiasi oggetto a caduta libera). Quanto dovrebbe spingere il pavimento verso l’alto sulla persona per accelerare a -9,8 m/s2? Non dovrebbe spingere affatto. La forza che il pavimento esercita su di te sarebbe zero. Come ti sentiresti?, Ti sentiresti spaventato-Voglio dire che sei in un ascensore con il cavo tagliato. Come pensi che ti sentiresti altrimenti? Beh, forse potresti avere paura e fame se fossi in ritardo per il pranzo o qualcosa del genere. Oh, ti sentiresti senza peso. Potrebbe davvero succedere? Assolutamente. In realtà, alcune persone anche pagare per fare questo., Check out questo giro, Superman:

L’idea di base è che si arriva in auto, si ingrandisce la parte verticale della pista. Durante entrambe le parti in salita e in discesa per il movimento, l’accelerazione è di -9,8 m/s2, quindi ti senti senza peso. Permettetemi di riassumere finora:

• In tutte queste situazioni, la forza gravitazionale non cambia.
• Per le diverse situazioni, si hanno diverse accelerazioni.,
• Meno il pavimento ti spinge, più leggero ti senti.
• Se il pavimento non ti spinge affatto, ti senti senza peso.

Oh, c’è un altro grande esempio di questa assenza di peso sulla Terra. La cometa del vomito. Sì, è reale. Fondamentalmente, è un aereo che vola in un modo che ha un’accelerazione verso il basso lo stesso di un oggetto a caduta libera. Proprio come l’ascensore che cade, tranne che non colpisce il suolo.

Un’altra cosa interessante della cometa vomit., Nel film Apollo 13, le scene senza peso sono state girate all’interno della cometa vomit. In questo modo, non solo sembrerebbe senza peso, sarebbe senza peso. Naturalmente, questo significa che hanno dovuto girare scene come 30 secondi alla volta.

Torna al astronauti

Gli astronauti dello Space Shuttle e la Navetta Spaziale in orbita intorno alla Terra. Ma sta accelerando? Sì. Sta accelerando perché la Terra tira su di esso attraverso la forza gravitazionale., Anche se si muove in cerchio, sta ancora accelerando. Si potrebbe dire che lo Space Shuttle sta effettivamente cadendo poiché il suo movimento è determinato dalla forza gravitazionale. Tuttavia, poiché in realtà non si avvicina alla Terra durante il suo movimento, sarebbe meglio chiamarlo “in orbita”. Pensa a questo. Supponiamo di legare una corda a una palla e farla oscillare intorno alla testa in un cerchio quasi orizzontale. La palla che si muove in cerchio accelera? Sì. Se accelera, deve avere una forza nella direzione dell’accelerazione., Per la palla, questa sarebbe la tensione nella corda che la tira verso il centro del cerchio. Per un oggetto orbitante, la forza gravitazionale tira su veicoli spaziali. Beh, cosa succede se si prende una palla gigante e stringa e oscillare intorno. Se metti una persona dentro la palla, quella persona sarebbe senza peso? No. La differenza con la gravità è che tira su tutte le parti del veicolo spaziale e tutte le parti del corpo di una persona. Se tu fossi in una palla circolare gigante in movimento, il muro della palla avrebbe dovuto spingere su di voi. Forse questo diagramma aiuterà.,

Ma cosa succede se si è effettivamente in un luogo in cui la forza gravitazionale è zero (come lontano da altri massicci oggetti)? Puoi farlo sentire come se avessi peso in questo caso? Sì. Questo è essenzialmente l’opposto del caso orbitale. Se riesci a far accelerare la navicella con una magnitudine di 9,8 m / s2, ti sentirai proprio come se fossi sulla Terra. Un modo per accelerare sarebbe con i razzi., Forse questa sarebbe una cosa utile se stai cercando di arrivare a un’altra stella o qualcosa del genere perché diventeresti sempre più veloce. Ma cosa succede se non vuoi davvero andare da nessuna parte, ma vuoi sentirti come se fosse sulla Terra? Beh, si potrebbe fare una navicella spaziale che gira. Muovendosi in un cerchio (all’interno del veicolo spaziale), si avrebbe un’accelerazione e quindi una forza netta. Ecco un astronauta in una nave spaziale rotante in una regione senza gravità. Accanto a quell’astronauta, ho messo un diagramma di una persona in un ascensore., In entrambi i casi, il pavimento spinge verso l’alto l’astronauta con la stessa grandezza. Queste due persone si sentirebbero essenzialmente le stesse (ma non del tutto dal momento che la parte superiore della testa rotante dell’astronauta si muove in modo diverso rispetto ai piedi).

Ed ecco uno scatto del film 2001: Odissea nello spazio che mostra le persone all’interno di una tale rotazione nave spaziale.

Nota finale

Sì. Questo è un post rifare., Ho scritto su questo nel 2008, ma la formattazione non era giusta. Questo mi dà una bella opportunità di riscriverlo.