Causa de la ingravidez

Question

Soy un estudiante de primer año de ingeniería que es nuevo en la física, así que me disculpo si mi pregunta es estúpida. Pero en nuestro curso de estática estamos utilizando el libro "Engineering mechanics: statics" de R.C. Hibbeler y contiene la siguiente imagen:

La astronauta es ingrávida, a efectos prácticos, ya que está alejada del campo gravitatorio de la Tierra.

Ahora bien, esto entra en conflicto con mi comprensión anterior de la ingravidez. Siempre supuse que era porque los astronautas están orbitando la tierra. Pero si es porque están lejos de la tierra, ¿por qué las naves espaciales gastan tanta energía para acelerar a velocidades tan grandes si no es realmente necesario para "mantenerse a flote"?

Answer 1

La afirmación de la imagen es escandalosamente errónea. Dado que la Tierra es visible detrás del astronauta, la reducción de la fuerza gravitatoria debida a la distancia debe ser bastante pequeña; en la ISS, por ejemplo, la fuerza de gravedad es aproximadamente un 88% del valor en la superficie de la Tierra, ¡muy lejos de ser insignificante! La razón por la que la astronauta parece ingrávida es que está en caída libre, acelerando hacia abajo a $g$ .

Answer 2

Tienes razón en que el pie de foto es erróneo. La causa de la ingravidez es que las fuerzas gravitatorias e inerciales se anulan, exactamente según el principio de equivalencia.

Answer 3

Lo que está escrito en el libro está mal. Pero supongamos que es correcto, entonces si hubiera sido el caso, la luna habría volado al igual que la ISS junto con el astronauta.

Answer 4

Tienes toda la razón, y el pie de foto transmite un error común. El libro de texto está equivocado. Enhorabuena por haber descubierto este error.

De hecho, la gravedad a la altura típica de un paseo espacial no es tan diferente de la gravedad en la superficie. Porque tenemos esa

$$g \propto r^{-2}$$

donde $r$ es la distancia desde el centro del planeta, podemos estimar (utilizando un radio de la Tierra de 6370 km y una altura sobre la superficie de 400 km) que la gravedad a la altura del astronauta es en realidad alrededor del 94% de lo que es en la superficie.

El efecto de "ingravidez" se debe en realidad a la ausencia de fuerza normal no la ausencia de fuerza gravitatoria. La fuerza normal es la fuerza con la que algo con el que se está en contacto físico "empuja" contra uno cuando se empuja hacia él; por ejemplo, si se presiona la mano contra una pared y se siente la "dureza" de la misma. Cuando está sentado en una silla o de pie en el suelo, la "sensación de peso" se debe a que la silla o la superficie del planeta empujan contra usted, hacia sus pies o piernas, a pesar de que usted está "intentando" moverse hacia abajo bajo la influencia de la fuerza gravitatoria de la Tierra. Los efectos contrapuestos de estas dos fuerzas provocan una compresión de tu cuerpo, y tu cerebro lo interpreta como la sensación de tener peso.

Pero en el caso de la caminata espacial, no se tiene contacto con el suelo, ni directa ni indirectamente (por ejemplo, a través de una silla), y por lo tanto esta fuerza normal está ausente. El cuerpo no se comprime en nada y, por tanto, se experimenta la "ingravidez".

Y no es necesario ir "al espacio" para hacerlo. Sólo necesitas alguna forma de aislarte del contacto con el suelo para que no haya fuerza normal. Un avión en caída libre será suficiente, y hay algunos aviones diseñados específicamente para este fin y utilizados para el entrenamiento de astronautas. (Un avión en vuelo propulsado pas porque ahora tiene la fuerza de elevación en el avión que lo mantiene en el aire se traduce en una fuente de fuerza normal).

Answer 5

El astronauta puede mantenerse a flote porque está en caída libre alrededor de la Tierra. Imagina un cañón en un acantilado que dispara un proyectil con una velocidad creciente. Al final, con la suficiente velocidad, el proyectil dará una vuelta completa. En el espacio, con menos resistencia al aire y fricción, este proceso puede durar mucho más tiempo (en teoría infinito, en realidad finito, el vacío no es realmente 100% vacío) tiempo. El título es el siguiente equivocado .