mar

08

ene

2013

Patadas a la Ciencia: Los astronautas SI pesan

Cuando vemos las imágenes de la NASA donde aparecen los astronáutas flotando en la órbita de la Tierra, da la sensación de que éstos no notan el peso de sus cuerpos. La explicación popular a este fenómeno es que en las lejanas órbitas del planeta, la gravedad no actúa porque los astronautas se encuentran muy lejos de la Tierra, y ya se sabe que la Fuerza de la gravedad disminuye con la distancia. Sin embargo, un astronauta de la Estación Espacial Internacional ISS que en tierra pesara unos 100 k., allí arriba pesaría más de 88 k. Entonces, ¿Por qué no se caen?

En realidad, se podría decir que tanto los astronautas, como las naves espaciales que circundan la órbita de la Tierra, están en constante caída. Esto no es una explicación que satisfaga a priori, pero vamos a profundizar un poco más en el asunto.

 

Lo primero que haremos será calcular cuanto peso se pierde en una órbita. Para ello usamos la fórmula general del "Peso", es decir, calcularemos la Fuerza con la que la Tierra atrae a los objetos (obra del genial Isaac Newton):

 

La Fuerza de atracción entre dos masas (el peso del objeto) es igual al producto de las masas de ambos objetos (M1 x M2), por la Constante de Gravitación "G", dividido entre el cuadrado de la distancia que los separa (r2). Imaginemos que un astronauta posado sobre la superficie del planeta, pesara 100 Kp (o sea, 100 kilopondios, que equivalen a una masa de 100 kilogramos en la Tierra, igual a 980 Newtons)

Usaremos los siguientes datos:

Radio de la Tierra (Rt) = 6.370 Km.

Distancia a la que vuela la estación espacial = 400 Km.

Distancia desde el centro de la Tierra hasta la Estación espacial (Ro)  = 6.370 + 400 = 6.770 Km.

Peso del astronauta en la superficie del planeta = Pt = 100 Kp

Peso del astronauta en la órbita de la ISS = Po

Con esta información, podemos relacionar el peso del astronauta en la superficie de la Tierra, con el que tendría en una órbita a 400 km de altura, simplemente aplicando la fórmula de arriba, donde:

Po es el peso del astronauta en órbita

Pt es el peso del astronauta en la superficie de la Tierra

Rt es el radio de la Tierra

Ro es la suma del radio de la Tierra más la altura de la órbita

 

Al sustituir los correspondientes valores, obtenemos que, para un peso de 100 Kp, en la superficie del planeta, su peso en órbita sería:

Es decir: un astronauta de 100 Kp, pesaría 88,5 kp en la estación espacial... apenas perdería el 11,5% de su peso: SUFICIENTE PARA SER ATRAIDO CON FUERZA HACIA LA TIERRA.

 

De hecho, aún tenemos en la memoria el hito de Félix Baumgartner, quien, desde una altura de 40 km, se lanzó al vacío, cayendo tan rápido, que incluso superó la velocidad del sonido. La diferencia entre este aventurero, y un astronauta de la ISS, es que este último está en movimiento hacia adelante, mientras que nuestro amigo Félix estaba quieto.

¿ QUÉ ES LA INGRAVIDEZ ?

 

Si echamos un vistazo a lo que dice la Wikipedia sobre la "ingravidez"  , comprobamos una serie de lamentables explicaciones, escritas con aparente desidia, como por ejemplo:

 

* "Se define ingravidez como el estado en el que un cuerpo que tiene un cierto peso, se contrarresta con otra fuerza o se mantiene en caída libre sin sentir los efectos de la atmósfera".  ¿Qué tienen que ver la atmósfera en todo esto? Según esta explicación, un astronauta no podría sentir ingravidez en la órbita lunar, porque allí no hay atmósfera.

 

* "La ingravidez es la experiencia (de personas y objetos) durante la caída libre." Casi resulta cómico imaginar que algún "Objeto" pudiera sentir una "experiencia": Imaginemos un martillo ampliando sus conocimientos vitales cada vez que es golpeado contra un clavo (ver definición de "experiencia", según la RAE). Por otra parte, esta desafortunada frase de Wikipedia, excluye a los animales... o sea, cuando la perrita Laika fue enviada a la órbita terrestre en 1957, no vivió ninguna experiencia: su muerte fue más bien una ilusión.

 

* "Cuando estamos de pie sobre nuestro planeta, éste ejerce una fuerza igual y opuesta a la fuerza de gravedad." : Sobran las palabras

 

 

Y así podríamos seguir frase tras frase, tratando de corregir estas lamentables explicaciones.

 

La ingravidez es, estrictamente, la ausencia de gravedad. Pero esto practicamente no se da en ningún lugar del Universo, porque la Gravedad se extiende hasta el infinito. Otra cosa es que, en algunos lugares, la gravedad pueda ser contrarrestada por alguna otra fuerza que la anule.

Por ejemplo, hay un punto intermedio entre la Tierra y la Luna, donde la fuerza gravitacional de nuestro planeta es compensada por la de la Luna (punto neutro lunar). Justamente en ese punto, que está a unos 38.440 km de la Luna, la fuerza de atracción de la Tierra se equilibra con la de nuestro satélite, de forma que un objeto que se encontrara en dicho punto, no se movería hacia ninguno de los dos astros.

 

Por ello, es más correcto hablar de "sensación de ingravidez", lo que no es otra cosa que la sensación de no tener peso, o parecer no ser atraido por el planeta

LA SENSACIÓN DE INGRAVIDEZ EN ÓRBITA

 

La causa real por la que los astronautas parecen flotar en la órbita de nuestro planeta, podría resumirse diciendo que están en constante caída libre. Pero como esto no nos aclara mucho, vamos a tratar de explicarlo metro a metro. Antes de nada, hay que saber que si el astronauta se encuentra parado en un punto de la estratosfera (como lo estaba Felix Baumgartner cuando hizo su salto), su cuerpo caería hacia abajo como un plomo, en línea recta hacia la superficie del planeta, igual que si se lanzara desde lo alto de una torre.

 

Pero los astronautas que se encuentran en órbita, además de caer hacia abajo, se desplazan hacia adelante a muchísima velocidad. Su desplazamiento es tan rápido, que cada vez que caen un poco, el suelo del planeta desciende otro poco bajo sus pies, de forma que nunca llegan a tocar el suelo.

 

Imaginemos una nave espacial colocada a unos 400 km de altura sobre la superficie del planeta. Dicha nave experimenta la fuerza de atracción de la Tierra, su propio peso, que le obliga a caer hacia el suelo. Pero también avanza hacia adelante a gran velocidad, por efecto del impulso de sus cohetes

 

Cuando un objeto es impulsado hacia adelante, pero a la vez siente el efecto de su caida por acción de la gravedad, dicha caída no es completamente vertical (como cuando dejamos caer una piedra desde una torre), sino que cae en "diagonal" trazando una curva hacia el sentido de su marcha, como se indica en el dibujo de la derecha.

 

Si el suelo fuera completamente plano e infinitamente largo, el cohete acabaría tocando tierra en algún punto del horizonte, igual que sucede cuando golpeamos fuertemente un balón

Ahora bien, cuando el suelo se va curvando, el objeto tarda cada vez más en tocar el suelo y como resultado, la duración del vuelo se alarga. Este fenómeno se aprecia bien en las pistas de saltos de esquí, donde un saltador cae al vacío desde un trampolín pero el suelo, en lugar de encontrarse en un plano horizontal (la línea punteada azul), se va inclinando cada vez más hacia abajo, de forma que al saltador le cuesta hacer contacto con el suelo, prolongándose de esa manera la distancia recorrida.

Si aumentásemos lo suficiente la velocidad del objeto así como la altura desde la que cae, comprobaríamos que cada vez que la nave cae un metro hacia abajo, el suelo también se retrae otro metro. Y entonces se crea una secuencia interminable donde, a cada tramo de caída de la nave, le sigue otro tramo de bajada del suelo. De esta forma, resulta imposible que la nave llegue a tocar el suelo, o dicho de otra manera:

LA NAVE SE ENCUENTRA EN CAÍDA LIBRE PERMANENTE.

 

Jon Álvarez. Canal de Ciencias

Escribir comentario

Comentarios: 2

  • #1

    Tomás (domingo, 17 febrero 2013)

    Es debido a dos cosas: en el espacio desaparece la Fuerza Normal de la Tierra, que por la tercera ley de Newton contrarresta a que te aplastes sobre una superficie. Y el astronauta no está quieto: se mueve a la velocidad de la órbita, por lo que la energía potencial y la cinética se contrarrestan...

  • JimdoPro
    #2

    canaldeciencias (lunes, 18 marzo 2013 13:44)

    quí, otro artículo de "Hablando de Ciencia" que trata sobre el mismo tema:

    http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2013/03/15/el-peso-en-otros-puntos-del-universo/#comment-9159

  • loading