La gravedad en la Estación Espacial Internacional

Question

En mi clase de física creamos una tabla que contenía la fuerza de la gravedad en diferentes planetas y objetos del espacio. A altitud 0 (Tierra), la fuerza gravitatoria es del 100%. En la Luna, a una altitud de 240.000 millas, es del 0,028%. Y en la Estación Espacial Internacional a 4.250 millas, la fuerza gravitatoria comparada con la superficie de la Tierra es del 89%.

Esta es mi pregunta: ¿Por qué la fuerza de gravedad comparada con la superficie de la Tierra es del 89% aunque parezca que la ISS no tiene gravedad, ya que vemos a los astronautas simplemente "flotando"?

Answer 1

La gravedad efectiva dentro de la ISS es muy cercana a cero, porque la estación está en caída libre. La gravedad efectiva es una combinación de gravedad y aceleración. (No sé si "gravedad efectiva" es una expresión de uso común, pero me parece aplicable en este caso).

Si estás de pie sobre la superficie de la Tierra, sientes la gravedad (1g, 9,8 m/s 2 ) porque eres no en caída libre. Tus pies presionan contra el suelo, y el suelo presiona contra tus pies.

Dentro de la ISS, hay una atracción gravitatoria hacia abajo de aproximadamente 0,89 g, pero la propia estación está acelerando simultáneamente hacia abajo a 0,89 g, debido a la atracción gravitatoria. Todo lo que hay dentro de la estación experimenta la misma gravedad y aceleración, y la suma se aproxima a cero.

Imagina coger la ISS y ponerla a un kilómetro y medio por encima de la superficie de la Tierra. Experimentaría aproximadamente la misma gravedad de 1,0g que tienes de pie en la superficie, pero además la estación aceleraría hacia abajo a 1,0g (ignorando la resistencia del aire). De nuevo, tendríamos caída libre dentro de la estación, ya que todo lo que hay en su interior experimenta la misma gravedad y aceleración (al menos hasta que toca el suelo).

La gran diferencia, por supuesto, es que la ISS nunca toca el suelo. Su horizontal velocidad significa que cuando ha caído, digamos, 1 metro, el suelo está 1 metro más abajo, porque la superficie de la Tierra es curva. En efecto, la estación está cayendo continuamente, pero nunca se acerca al suelo. Eso es una órbita. (Como decía Douglas Adams, el secreto de volar es lanzarse contra el suelo y fallar).

Pero no es muy así de simple. Incluso a la altura a la que orbita la ISS sigue habiendo un poco de atmósfera, lo que provoca cierta resistencia. De vez en cuando hay que reimpulsar la estación con cohetes. Durante un reimpulso, la estación no es en caída libre. El resultado es, en efecto, una muy pequeña atracción "gravitatoria" dentro de la estación -- que se puede ver en un fascinante vídeo de la NASA sobre el reimpulso de la estación .

Answer 2

Los astronautas están flotando porque cada uno está en órbita. Como están a la misma altitud que la ISS, están en la misma órbita y se mueven a la misma velocidad que ella, por lo que parecen ingrávidos.

Answer 3

Una forma más sencilla de expresarlo es la siguiente: cuando se hace girar un objeto atado a una cuerda, existe una fuerza centrífuga que tira del objeto alejándolo del centro de rotación. Esto se denomina fuerza centrífuga. La gravedad tira del objeto hacia el centro de gravedad, que es también el centro de rotación. La gravedad actúa como una cuerda. Cuando la fuerza centrífuga es igual a la fuerza gravitatoria, el objeto se encuentra en una órbita estable. El objeto y todo lo que hay en su interior carecen de peso, ya que las dos fuerzas se anulan.

Answer 4

Así es como le demostraba este concepto a mi hijo cuando era más pequeño. Coge una botella de plástico y pon dentro piedrecitas o pequeños juguetes. Luego lánzala al aire y atrápala. Si miras en pleno vuelo, puedes ver los juguetitos flotando dentro de la botella. Pero todavía están a 1G. Y cuando miras este ejemplo, es totalmente obvio lo que está pasando: los has lanzado juntos, así que están siguiendo aproximadamente las mismas trayectorias. Esto es exactamente lo que sucede en el cometa Vomit, y es realmente lo que está pasando en la ISS, también. Es sólo que la ISS está siguiendo una trayectoria que envuelve todo el camino alrededor de la tierra.

Gran parte de esta explicación es igual a lo que otros han dicho, pero en realidad me parece que realizar el experimento es realmente fácil y bastante convincente.

Answer 5

En primer lugar, la palabra "gravedad" connota una sustancia material que de algún modo puede transferirse de un cuerpo a otro y la falta de esta materia hace que un cuerpo NO atraiga gravitatoriamente a otros cuerpos. Después de 20 años enseñando física, tengo pruebas directas de este error. La solución es NO usar la palabra "gravedad" y sustituirla por "atracción gravitatoria". Segundo, la atracción gravitatoria es necesaria para que un satélite artificial mantenga algo más que una trayectoria lineal y de velocidad uniforme. Tercero, los objetos no "flotan" ya que esa palabra (las palabras son muy importantes aquí, por cierto) connota soporte por alguna influencia física. El agua sostiene los barcos. El aire sostiene los aviones. El aire sostiene los globos. Nada sostiene a la ISS ni a su contenido, ya que todo el sistema (nave y astronautas) es atraído hacia el centro de la Tierra. Cuarto, el término correcto que describe el estado de movimiento de la ISS y los astronautas es "caída libre". No hay nada más que eso. Los astronautas están en caída libre hacia el centro de la Tierra, pero también lo están la ISS y su suelo, que de otro modo los sostendría. Los astronautas NO están flotando. La ISS NO está flotando. Las cosas no flotan.

EDIT: Tampoco existe la condición de "ingravidez", porque el término "peso" se define más propiamente como la atracción gravitatoria entre la Tierra y un objeto, y eso nunca puede ser cero. Por supuesto, puede ser muy, muy, muy pequeña, pero no puede ser cero.

No sabe hasta qué punto palabras como "gravedad", "ingravidez" y "flotar" perjudican la comprensión de los conceptos físicos más sencillos.