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lunes, abril 11, 2005

Ingravidez

De todos es sabido que en el espacio no hay gravedad, y que las cosas flotan ¿no? Pues no. A pesar de lo que vemos en muchas películas y lo que nos puedan haber dicho algunos "mayores" cuando ibamos al cole, en el espacio hay gravedad. Y mucha. De hecho, es la gravedad lo que mantiene a los planetas girando alrededor del Sol, y a las estrellas formando galaxias. Es más, es lo que hace que la infinidad de satélites artificiales que hemos lanzado al espacio sigan ahí, en su sitio.


Para comprobarlo basta hacer una pequeña cuenta. Pensemos, por ejemplo, en la nueva Estación Espacial Internacional. Todos hemos visto alguna vez fotos o vídeos de la estación espacial y de sus tripulantes flotando en su interior. Consultando en la Wikipedia, vemos que se encuentra a una altitud media de 386 Km sobre el nivel del mar. Los que quieran ser más precisos pueden comprobar en tiempo real la posición exacta de la ISS en ésta página de la NASA. Consultando nuevamente la Wikipedia, veremos que el diámetro medio de la Tierra es de unos 12.756,3 Km, por lo que el radio medio será de 6.378,14 Km. Si recordamos lo que nos enseñaron en el colegio, la gravedad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Esto quiere decir que si multiplicamos por dos la distancia, la gravedad se dividirá por cuatro. Fácil ¿verdad? Bien, pues a la distancia a la que se encuentra la ISS del centro de la tierra es 1,0605 veces la distancia a la que nos encontramos nosotros en la superficie de la Tierra, por lo que la gravedad será 1,1247 veces más pequeña. Esto quiere decir que una persona que pese 80 Kg, sería atraída por la gravedad por una fuerza equivalente a la de un peso de unos 71 Kg. Creo que todo el mundo estará de acuerdo en que 71 Kg sigue siendo bastante peso.


¡Pero y esas fotos de los astronáutas! ¿Es todo mentira? No, por supuesto que no, pero el hecho de que dentro de la ISS o de cualquier vehículo espacial con los impulsores apagados las cosas floten, no quiere decir que no haya gravedad. Lo que ocurre es que la mayoría de la gente confunde el término ingravidez con el de caída libre. Cuando un objeto (un satélite, una lanzadera) se encuentra en órbita, no está en estado de ingravidez (puesto que la gravedad sí actúa) sino en estado de caída libre. Esto quiere decir que dicho objeto en realidad está cayendo hacia la Tierra, pero como su velocidad tangencial es tan alta, el suelo se "curva" más rápido, por decirlo de alguna manera, y por tanto el objeto nunca llega a tocar el suelo. La sensación en el interior de un vehículo espacial es la misma que la que tendríamos si nos encerraran en un contenedor más o menos grande y nos lanzaran desde un avión. En el interior, todo parecería flotar (aunque es un experimento que no aconsejo a nadie).

Bueno ¿a dónde quiero llegar? Pues a que las cosas no flotan en el espacio "por definición", sino que el vehículo o estación espacial en cuestión, tiene que estar en órbita. Y eso quiere decir que debe tener determinada velocidad, o si no caería irremediablemente sobre nuestro planeta.

10 comentarios:

  1. Muy buena, me ha encantado. Estás consiguiendo una seguidora incondicional ^__^

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  2. No entiendo muy bien tu explicación, no creo que la ISS "caiga hacia la Tierra" yo creía que más bien la gravedad se compensaba con la fuerza centrífuga.

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  3. Es otra forma de verlo. La fuerza centrífuga no es una fuerza "real" en el sentido en el que lo són la fuerza gravitatoria o electromagnética. Es un artificio necesario al utilizar sistemas de referencia no inerciales.

    Lo explico bastante a fondo en un artículo sobre la Relatividad General de Einstein:

    http://malaciencia.blogspot.com/2005/09/la-curvatura-del-espacio-tiempo.html

    Se puede resumir diciendo que si tomamos la Tierra como sistema de referencia, es la fuerza de la gravedad la que curva la trayectoria de la estación (que de otra forma sería recta). Peso si utilizamos como referencia la estación, debemos añadir una fuerza "ficticia" que produzca en los cuerpos una aceleración igual pero en sentido contrario que la aceleración de la estación (la producida por la gravedad).

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  4. Sigo sin entenderlo muy bien. ¿Que es eso de que "el suelo se curva mas rápido"?.

    Entiendo que sobre cualquier objeto en órbita, por ejemplo un satelite artificial, actuan dos fuerzas: una centrífuga provocada por la atracción de la gravedad y otra centrípeta, tangencial a la orbita que describe el satélite y provocada por el impulso que lo lanzó al espacio.

    Entiendo que ambas fuerzas son perpendiculares, y que la actuación conjunta de ambas es lo que provoca que el satelite describa esa trayectoria circular que le hace orbitar alrededor de la tierra.

    Lo que no consigo entender entonces es porque dentro de la ESS los objetos flotan, sobre todo despues de leer que la gravedad es solo 1,1247 veces más pequeña que en la superficie terrestre.

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  5. Bueno, veo que aquí hay un problema de concepto. La fuerza centrípeta no es tangencial a la trayectoria, sino dirigida al centro de la Tierra. La fuerza centrípeta es la fuerza gravitatoria. No hay fuerza tangencial.

    Veamos, supongo que no hay duda que en ausencia de fuerzas (en lo profundo del espacio), la estación describiría una trayectoria rectilínea con velocidad uniforma, y que todo flota en su interior.

    En presencia de la Tierra, esta ejerce una fuerza en dirección hacia el centro de la misma (la gravedad). Esta fuerza hace que la estación trace una curva.

    En un movimiento circular uniforme (velocidad constante), el objeto tiene una aceleración perpendicular a la trayectoria igual al cuadrado de la velocidad dividido entre el radio de la circunferencia. Esta aceleración es la que hace que el objeto describa un círculo, sin modificar la velocidad (no hay aceleración tangencia, pero sí aceleración perpendicular).

    En una órbita circular, la fuerza gravitatoria produce esa aceleración sobre todos los objetos (estación espacial y contenido), y es la única fuerza que actua. Por eso la estación da vueltas alrededor de la Tierra, por eso se habla de caída libre, y por eso los objetos flotan.

    Otra forma de verlo es tomando como referencia la estación espacial. Puesto que nuestro sistema de referencia no es inercial (está sometido a una aceleración), hay que añadir a nuestros cálculos una fuerza "ficticia" que produzca la misma aceleración que la que posee la estación (nuestro sistema de referencia), pero en sentido contrario, sobre todos y cada uno de los elementos. Esta es la famosa fuerza centrífuga, que es igual y en sentido opuesto, a la fuerza gravitatoria. La fuerza resultante es cero, y por eso los objetos flotan.

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  6. El experimento de tirarse en un contenedor desde un avión nos daría uno de los postulados de Einstein en su teoría de la relatividad general, nop? : Es imposible distinguir (desde dentro) la diferencia entre estar en un campo gravitatorio cayendo en caída libre y estar en un punto del esapcio en el que no haya gravedad. Supongo que estás cosas se comentarán en post posteriores.

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  7. entonces si estar en una estacion espacial no es estado de ingravidez , en donde se puede presentar ( la ingravidez) ?

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  8. La ingravidez pura, en el sentido de que no nos afecte ninguna fuerza gravitatoria, no existe en el universo, pues la gravedad es una fuerza de alcance infinito.

    Sin embargo, como ya se ha comentado más arriba, la Relatividad General nos dice que gravedad y aceleración son una misma cosa, y que la caída libre es indistinguible de la ingravidez. Así que el estar en órbita es como estar ingrávido (salvando las diferencias de un posible gradiente, debido a que la gravedad varía con la distancia, y la nave tiene un volumen, cosa que se minimiza cuanto más lejos estemos).

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