Pregúntele a Ethan: ¿es posible la gravedad cero?

El avión de gravedad reducida de la NASA, que oficialmente se llama el "milagro ingrávido" y extraoficialmente el "cometa vomitante" [Vomit Comet]. En la foto: una versión modificada del modelo Douglas DC-9

Dicen que los astronautas en el espacio que vuelan fuera de la atmósfera de la Tierra experimentan cero atracción, una verdadera falta de peso. Sin embargo, todavía se sienten atraídos por la Tierra, la Luna, el Sol y todas las demás masas del Universo. Entonces, ¿cómo funciona la gravedad cero, y sucede? Esta pregunta fue hecha por uno de los lectores:

Escuché sobre experimentos realizados en la EEI en gravedad cero, así como sobre el estudio de personas existentes en gravedad cero. ¿Pero hay gravedad cero?

Una muy buena pregunta, a pesar de que puedes experimentar esta sensación no solo en el espacio.


Atracción "caída libre" en el parque de atracciones " Six Flags Over Georgia ", 2006

Piense en la diferencia entre lo que está haciendo ahora, y probablemente esté sentado, y la caída libre. La diferencia no está en la silla, ni en el asiento ni en la fuerza de gravedad que actúa sobre ti. Todo esto se puede conservar durante el vuelo, como en un paseo con caída libre. La diferencia es que siente que el asiento (o el piso o la cama) lo empuja en la dirección opuesta, resistiendo la gravedad. El hecho de que no sientas la sensación de caer no está relacionado con la gravedad, sino con la fuerza normal. Es normal no porque sea lo opuesto a lo anormal, sino porque está dirigido a lo largo de lo normal, es decir, es perpendicular a la superficie en la que se para, se sienta o se acuesta.


La fuerza de gravedad (rojo) y la fuerza normal (azul), de igual magnitud y dirección opuesta, afectan cualquier masa en la Tierra

Eliminemos este poder. Esto se puede hacer, por ejemplo:

1. Al quitar la superficie que lo representa: el piso, la silla, lo que sea.
2. Desactivar la gravedad, por lo que perderá peso.
3. Al deshabilitar la interacción electromagnética entre usted y los átomos de la superficie.

En el primer caso, simplemente te caes, como si aparecieras repentinamente en el aire y comenzaras a caer. En el segundo, comprenderá que la fuerza normal actuó solo porque la gravedad lo empujó hacia la Tierra, y el piso estaba en camino y lo empujó hacia atrás con la misma magnitud de fuerza en dirección opuesta , por lo que permaneció en su lugar. Si desactiva la gravedad, su efecto será cero, y el mismo será igual a él, la dirección opuesta de la fuerza. En el tercer caso, la gravedad permanecerá y lo llevará al centro de la Tierra, pero sin las fuerzas electromagnéticas que actúan entre los átomos del piso y sus átomos, caerá.



Solo una fuerza gravitacional actúa sobre un cuerpo que cae, y parece que describe una parábola, pero en realidad es una pequeña parte de la elipse, uno de cuyos focos está en el centro de la Tierra. Si apaga el electromagnetismo, la bola describiría una elipse completa en aproximadamente 90 minutos

Estos tres casos son muy diferentes. En el primer caso, la gravedad lo empujaría hacia el centro de la Tierra, con una aceleración que se detendría debido a la fricción contra el aire o debido a la acción de la Tierra u otro cuerpo sólido sobre usted. En el segundo caso, perderías peso y no acelerarías en absoluto; esto sería gravedad cero. En el tercero, aceleraría mientras se movía hacia el centro de la Tierra, describiendo un elipsoide con el centro de la Tierra en uno de los focos, y volvería al punto de partida en aproximadamente 90 minutos.

Pero en los tres casos, al principio experimentarías el mismo sentimiento.


Astronautas y frutas a bordo de la ISS. La gravedad no está desactivada, pero se acelera de la misma manera, lo que conduce a una sensación de gravedad cero.

Esta sensación de falta de peso, aumento del estómago, desorientación: esta es la sensación de gravedad cero. Aún más extraño es el hecho de que no podría distinguir la segunda y la tercera opción sin abrir los ojos. Es imposible distinguir entre la desconexión de la gravedad y la aceleración continua con caída libre. Esto puede parecer contradictorio, pero es la esencia, el principio básico, lo que llevó a Einstein a la formulación de la relatividad general. Y aquí está lo que sabemos hoy sobre el principio de equivalencia de Einstein.


El mismo comportamiento de una pelota que cae al suelo en un cohete acelerador y en la Tierra: una demostración del principio de equivalencia de Einstein

El principio postula que es imposible distinguir entre la aceleración gravitacional y cualquier otra forma de aceleración, por ejemplo, la propulsión de cohetes. Si, junto con su sistema de referencia, acelera simultánea y uniformemente, entonces su posición será equivalente a la ausencia de aceleración [estando en un campo gravitacional - aprox. transl.]. La fuerza que sientes en la Tierra, girando alrededor de su eje y moviéndose alrededor del Sol, es idéntica a la fuerza que sentirías si el Sol desapareciera, y la Tierra simplemente giraría sola en las profundidades del espacio.



Hablando de gravedad cero, no queremos decir que la gravedad desaparezca. No hay lugar en el Universo donde podamos escondernos de la gravedad, y no lo necesitamos. Solo necesitamos apagar la fuerza normal, lo que significa permitirnos a nosotros y a nuestro sistema de referencia caer juntos de manera uniforme. Solo necesitamos acelerar con nuestro entorno. Este principio también funciona durante el vuelo en el "cometa de vómito", cuando los motores de la aeronave están apagados y cae libremente durante unos 40 segundos, y usted está a bordo.


Pasajeros de un cometa vomitado en 2006 durante un salto de gravedad cero

Su sensación de gravedad cero puede ser como caer, solo sin que el aire pase rápidamente. Es solo que no hay una gravedad relativa entre usted y lo que siente como una dirección "hacia abajo". Si se expone a gravedad cero durante mucho tiempo en este sentido, comenzará a sufrir varias dolencias físicas: pérdida ósea, atrofia muscular, visión borrosa o incluso ceguera, pérdida de callos en las piernas (lo que conduce a la pérdida de piel en los pies) y, en ausencia de juntando tus entrañas de fuerza, mayor formación de gas. Y todos estos son los riesgos que corren los astronautas. Un miembro de la expedición del Apolo 16, John Young, es conocido por sufrir especialmente de flatulencia en la Luna, que atribuyó al jugo de naranja de Florida.



Literalmente, no hay gravedad cero en el Universo, porque no puedes esconderte de una fuerza de largo alcance. Pero desde el punto de vista de las sensaciones físicas de su cuerpo, mientras su entorno se acelere de manera uniforme con usted, no puede encontrar la diferencia. La gravedad cero y la caída libre son sinónimos si los evalúa desde el punto de vista de su experiencia. Entonces, aunque nada en el Universo puede experimentar gravedad cero, si solo dejas que la gravedad te empuje hacia abajo, hasta que tropieces con algo que te resistirá, obtendrás el mejor reemplazo posible para este efecto. Al menos esto fue suficiente para Einstein, esto fue suficiente para los astronautas, y eso también debería ser suficiente para nosotros.

Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].