speisbol #23
Si ya te subiste al juego de “The Twilight Zone Tower of Terror” en Disney lo vas a entender bien. ¿Por qué existen la Estación Espacial Internacional, los aviones que hacen maniobras parabólicas1, los cohetes sonda2 entre otras plataformas? Simplemente porque quieren aprovechar la micro gravedad para la investigación y desarrollo. Señoras y señores, con ustedes el “nuevo” recurso natural de la humanidad. Pero primero, vamos por las piedritas.
¿Qué es la micro gravedad?
Cuando ves astronautas flotando en la Estación Espacial Internacional (EEI) lo primero que piensas es que están en un ambiente de cero gravedad. La realidad es que no es así. Técnicamente, se encuentran en un ambiente de micro gravedad. Mientras tengas dos cuerpos con masa, independiente a la distancia entre ellos siempre habrá una fuerza que los atraiga. De esta fuerza no te escapas.
Imagen: ecuación de gravitación universal de Newton.
Al ver esta ecuación entiendes que para que hubiese cero gravedad, la distancia (d2) entre dos cuerpos tendría que ser infinita, cosa que no pasa. La estación espacial es un cuerpo con masa, la Tierra es otro y por ende tienes una fuerza gravitatoria que hace que se atraigan. Si no hubiese gravedad, los satélites que lanzamos saldrían disparados al espacio en vez de orbitar la Tierra, la Luna no estaría orbitando a la Tierra y la Tierra no orbitaría al Sol.
El peso es una fuerza
Cuando estamos en la superficie terrestre sentimos el peso pero cuando orbitamos la Tierra en la estación espacial no lo sentimos. ¿Por qué?
Para entenderlo nos vamos a la tercera ley de Newton3, la cual dice que cualquier objeto que ejerza una fuerza sobre un segundo objeto, ejercerá una fuerza igual en magnitud y dirección sobre el primero.
Al estar parado en la superficie terrestre tu ejerces una fuerza sobre la Tierra, y ésta por ende ejerce una fuerza equivalente sobre la planta de tus pies, la cual ejerce una fuerza sobre tus piernas, misma que ejerce una fuerza en tus caderas y así sucesivamente. Esta combinación de fuerzas es lo que te da la sensación de peso.
Las palabras peso y masa se intercambian coloquialmente pero en realidad, la masa (medida formalmente en kgs) no cambia mientras que el peso (medido formalmente en Newtons4) varía de acuerdo a la masa y la fuerza gravitatoria. En otras palabras, tu masa en la Tierra y la Luna son iguales pero tu peso es diferente dado que la gravedad en ambas es diferente. Por ejemplo, si tu masa son 70 kgs, pesarías 686 Newtons en la Tierra mientras que en la Luna 113.4 Newtons).
Para que la báscula pueda arrojar un valor, ésta tiene que estar sobre la superficie terrestre. Si tu retiras el piso, la Tierra ya no te empuja de regreso siendo la gravedad la única fuerza que te afecta y por ende sintiéndote sin peso (“weightless”). Para entenderlo mejor, nos imaginamos a una persona dentro de un elevador montado en una báscula. En reposo, la persona siente su peso y al subir el elevador ejerce una ligera aceleración adicional haciendo que la báscula marque mayor peso (recuerda a toda acción hay una reacción en sentido opuesto). ¿Qué pasa si se rompen las cuerdas del elevador?
Imagen: Tower of Terror en Disney
Ya no habría una fuerza que se oponga, ambos (el piso del elevador y la báscula) caerían a la misma aceleración (9.8 m/s cada segundo), la báscula marcaría cero por un breve instante dado que el piso ya no ejerce una fuerza sobre la báscula y nuestr@ amig@ voluntari@ no sentiría peso (“ feeling weightless”). Eso sí, si SuperMan no llega al rescate antes de llegar a la planta baja quedará como huevo estrellado.
Existen diferentes plataformas que pueden simular la micro gravedad. Todas ellas tienen un fin científico que a la larga se traduce en el mejor conocimiento de la ciencia fundamental y en el largo plazo en el desarrollo de nuevos productos en diferentes industrias. Cada una de estas plataformas son diferentes en costo y diseño por lo que habrá diferencias sustanciales en la cantidad de tiempo que gozarás de micro gravedad en cada una de ellas. Por lógica, entre más tiempo tengas más tiempo tendrás para jugar con tu experimento.
Torres de caída libre o “drop towers” por sus siglas en inglés
Un ejemplo es la torre de caída libre de la Universidad de Bremen en Alemania 5 en donde lanzan cápsulas con los experimentos a cierta velocidad para que posteriormente tengan algunos segundos de caída libre. La torre la mantienen al vacío para que realmente sea caída libre (i.e., que la única fuerza que afecte las cápsulas sea la gravedad).
Tiempo en micro gravedad: algunos segundos dependiendo del alto de la torre.
Imagen: torre de caída ZARM, Universidad de Bremen
Maniobras parabólicas en avión
En el avión, al igual que en el elevador al subir a cierta velocidad éste ejerce una fuerza considerable haciendo que los tripulantes experimenten casi el doble de la gravedad. Al momento en que el avión baja la velocidad, entra en fase de transición y el avión comienza a tener el efecto de caída libre y micro gravedad por breves momentos.
Tiempo en micro gravedad: alrededor de 22 segundos.
Crédito imagen: AirZeroG
Cohetes sonda
Son cohetes que por su velocidad no alcanzan a entrar en órbita y que por ello hacen una parábola solo que ésta es mucho más grande que la realizada por los aviones en el párrafo anterior y por ello alcanzan a estar mayor tiempo en micro gravedad.
Tiempo en micro gravedad: alrededor de cinco minutos o más.
Crédito imagen: cohete sonda, NASA.
Estación Espacial Internacional (EEI)
La Estación Espacial Internacional se encuentra en caída constante alrededor de la Tierra. No es técnicamente caída libre dado que aún tiene algo de arrastre atmosférico que hace que caiga y posteriormente se tenga que ajustar con sus propulsores. El balance de fuerzas (entre la velocidad y la gravedad) logra que la estación se mantenga en órbita. Así que cuando veas a los astronautas flotando en la estación es porque se encuentran en un estado de caída constante.
Tiempo en micro gravedad: todo el tiempo mientras permanezca en órbita.
¿Pero por qué estudiamos fenómenos en micro gravedad?
Nuestro cuerpo y toda nuestra ciencia operan bajo los efectos de la gravedad. Así que cuando retiras esta fuerza de la ecuación podemos ver sistemas y estructuras de una manera que sería imposible bajo los efectos de la gravedad.6 Es por ello que ahora no solo agencias espaciales están interesadas en este juego sino también empresas privadas que están apostando a la construcción de estaciones espaciales comerciales y fábricas en el espacio. Estas plataformas no solo se dedicarán a la investigación y desarrollo sino también tendrán nodos específicos para la manufactura espacial (desde nuevos medicamentos y vacunas hasta el desarrollo de nuevos materiales).
La próxima vez que tu subas a Tower of Terror y experimentes breves momentos de micro gravedad acuérdate que este fenómeno podrá salvarte la vida en el futuro o aumentar la velocidad de tu internet a niveles que nunca pensaste tener.
Ad Astra
https://tinyurl.com/ycydb45k
https://tinyurl.com/yphvvddk
https://tinyurl.com/2t2pj3kedf
1 Newton = la fuerza aplicada a un cuerpo con masa de 1 kg durante un segundo para que adquiera velocidad de 1 metro por segundo.
https://tinyurl.com/bdet5y49
https://tinyurl.com/mrxcmrye
More knowledge. Thanks