Dinámica – 78 Fuerza gravitatoria

Dinámica 78. ¿A qué se debe que un astronauta en una nave espacial en órbita vive una situación de “ingravidez”?. Si la altura de la órbita es 400 km, ¿Cuánto pesa en esas circunstancias un astronauta de 80kg? 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.

Situación en la nave espacial

En una nave espacial en órbita (terrestre o cualquier cuerpo celeste), la nave y todo lo que contiene están “viajando” juntos. Todos caen con una velocidad horizontal (como cuando se arroja un objeto con una dirección horizontal) pero no llega al piso porque el piso está curvado (la Tierra es redonda) entonces seguirá cayendo para siempre.

Peso del astronauta

Ley de Gravitación universal

Fg = G m mT / dT²

donde

Fg = fuerza de interacción entre el astronauta y la Tierra

G = constante de gravitación universal = 6,67 x 10^-11 Nm²/kg²

m = masa del astronauta = 80 kg

mT = masa de la Tierra = 6 x 10²⁴ kg

dT = distancia entre el astronauta y el centro de la Tierra = RT + H

RT = radio terrestre = 6.378 km = 6,38 x 10⁶ m

H = altura de la órbita = 400 km = 4 x 10⁵ m

Reemplazando

Fg = 6,67 x 10^-11 Nm²/kg² 80 kg 6 x 10²⁴ kg / (6,38 x 10⁶ m + 4 x 10⁵ m)² = 697 N

Vuelo parabólico (Zero G)

Un vuelo parabólico es una técnica de vuelo en la que el avión desciende de forma controlada para que en su interior se consiga un estado similar al de caída libre en el vacío. Esta maniobra permite simular un efecto de “ingravidez” durante periodos cortos de tiempo en el interior del aparato.

Al llegar a los 6000 metros de altitud, aproximadamente, el avión inicia una ascensión en ángulo de 47º, lo que provoca una sensación de sobregravedad en su interior de entre 1,8 y 2 g. Al alcanzar a unos 8000 m se cambia la trayectoria, empieza un descenso de inclinación progresiva durante el que la potencia de los motores baja hasta un mínimo que se usa para contrarrestar la resistencia del aire. La sensación de gravedad baja a valores próximos a cero. Tras unos segundos de bajada el avión va elevando progresivamente el morro, con lo que la sensación de gravedad aumenta paulatinamente, los motores van incrementando potencia para nivelar el aparato sobre los 6000 m y se vuelve a ascender, volviendo a sufrir un efecto de sobregravedad, y así alternativamente.

Cada parábola descrita dura alrededor de un minuto, durante el que se consiguen, por este orden, unos 10 segundos de sobregravedad y otros 10 s de microgravedad.