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NO ME SALEN
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
(Gravitación)
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FIS 78 (d4.11) - ¿A qué se debe que un astronauta en una
nave espacial en órbita vive una situación de “ingravidez”?
¿Cuánto pesa en esas circunstancias
un astronauta de 80 kg?
Los astronautas suelen prepararse para experiencias
como las narradas en el problema anterior
dentro de aviones que vuelan alto y se ”tiran
en picada”. Explique el procedimiento. |
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La primera cuestión que debe preocuparnos es qué entendemos cada uno por situación de ingravidez. Hay un consenso generalizado acerca de que la situación de ingravidez es aquella en la que los cuerpos no caen sino que flotan, como si la Tierra no los atrajese, o bien como si la Tierra se hubiera desintegrado. Tenés una descripción sobre lo que se siente en la ingravidez en el ejercicio de dinámica 1.51.
Ahora, qué es lo que pasa en una nave espacial en órbita terrestre (lo mismo ocurriría en órbita de cualquier cuerpo celeste). La nave misma, y sus ocupantes, y todas sus pertenencias están orbitando conjuntamente. Orbitar es lo mismo que caer pero con una velocidad horizontal, como cuando tirás un objeto con una dirección horizontal, de la misma manera. Claro la caída de ese objeto no dura mucho, porque en seguida encuentra el piso. Pero allá arriba no se llega al piso porque el piso está curvado (no te olvides que la Tierra es redonda) de modo que allá arriba seguirás cayendo y cayendo sin llegar nunca a chocarte con el piso. Lógicamente quien te haya lanzado lo habrá hecho con la velocidad justa para que no te acerques demasiado a la superficie de la Tierra ni tampoco que te alejes. Lo más probable es que te hayan lanzado (te hayan colocado en órbita) expertos de la NASA que saben hacerlo.
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| La cuestión es que si allí arriba -en la órbita- aunque estén sometidos a la atracción de la Tierra, están todos cayendo, y nadie es capaz de darse cuenta... y la sensación generalizada será la de que todo está flotando dentro de la nave como si no hubiese gravedad. Lo mismo le pasaría a un grupo de gente que se sube a un ascensor al que se le cortan las cuerdas y cae por un hueco largo, larguísimo. Si durante la caída sacás tu celular (para pedir auxilio) y lo dejás delante tuyo, lo soltás delante tuyo... es obvio que no se va a ir hacia el piso del ascensor (eso implicaría que haya cuerpos, en este caso celulares, que caen más rápido que otros... sabemos que no es así: que todos los cuerpos caen con la misma aceleración). El ascensor está cayendo, vos estás cayendo, y tu celular está cayendo. Si por un rato de olvidás del estado de caída, te parecerá que tanto vos como tu celular estarán flotando en esa nave cuadrada ¡en la que no parece haber gravedad! |
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Vamos a la cuestión del peso. El peso es el nombre vulgar que le damos a la fuerza gravitatoria acá sobre la superficie terrestre. Es la fuerza que mide la balanza de resortes de la farmacia de la esquina. Querer aplicarlo a situaciones lejanas de la superficie planetaria es forzado... y no se plantea. Pero se puede. Vamos a darles el gusto. Para calcularlo hace falta un dato que el enunciado no aporta y que es a qué distancia está orbitando la nave espacial. Supongamos que la altura de la órbita es 400 km (eso es lo común en las llamadas órbitas bajas, que son las más frecuentes), entonces la aceleración de la gravedad allá arriba va a ser muy parecida a la de acá abajo... apenas un 10% menor: g' = 8,75 m/s². Entonces el peso del astronauta será igual a:
P = m . g'
P = 80 kg . 8,75 m/s²
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| La estación espacial orbita a 400 km de altura o sea apenas un 6 % del radio terrestre. |
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| ¡Apenas un poco menos que en la farmacia de la esquina! Con la diferencia de que allá arriba el astronauta no tiene dónde apoyar una balanza para que le marque su peso. Del mismo modo que si estuviese cayendo dentro del ascensor, acá, en el hueco larguísimo. Tanto en un lugar como en el otro si tu farmacéutico te presta la balanza y la llevaste al paseo vas a ver que ni siquiera vas a poder subirte, porque ni en el ascensor ni en la nave hay arriba ni abajo y vas a estar flotando entre las seis paredes y te vas a preguntar para qué corneta te trajiste la balanza. |
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| Los astronautas se suben a un avión que en realidad no se tira en picada. La idea de dejarse caer -en picada- es la misma del ascensor que cae libremente. Todos los objetos del interior (incluidos los del interior de los cuerpos de las personas) caen junto con la nave, con la misma aceleración. Por lo tanto todo ocurre como si todo y todos flotaran. Pero lo cierto es que en lugar de volar muy alto y dejarse caer el avión se lanza en un tiro oblicuo logrando unos segundos adicionales de ingravidez, ya que no sólo tiene una caída libre... tabién tienen una subida libre. Acá tenés un esquema de la trayectoria del avión. |
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Fuente:
Zero G |
| En un paseo el avión se manda unas cuantas subidas y bajadas y en cada una logra unos 20 a 30 segundos de pseudo-ingravidez en el que el peso de los pasajeros -que sigue existiendo- se hace indetectable. |
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| DISCUSION: El peso de las personas y los objetos en situaciones de ingravidez vale cero; y en situaciones de pseudo-ingravidez es irrelevante. Además, la Teoría de la Relatividad General que desarrolló Albert Einstein en 1915, unificó las dos situaciones -ingravidez y pseudo-ingravidez- reemplazando el concepto de gravedad por el de curvatura del espacio. Tomá mate. |
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| Un ejercicio con un tema relacionado acá. |
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| DESAFIO: ¿Se tratará realmente de un tiro libre parabólico, TO? ¿O los pilotos calcarán una trayectoria parabólica con los motores prendidos y todos los instrumentos de navegación activos? ¿Por qué? |
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Se permite su reproducción chapoteando en la fuente (aunque quede borroneada). Última actualización jun-08. Buenos Aires, Argentina.
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