Nuevos materiales en el espacio




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títuloNuevos materiales en el espacio
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fecha de publicación10.01.2016
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¿Ingravidez?


La gravedad es una parte tan aceptada de nuestras vidas, que raramente pensamos en ella, a pesar que afecta a todo lo que hacemos. Cada vez que dejamos caer o arrojamos algo, y lo miramos caer al suelo, vemos la gravedad en acción. Infinidad de actividades como andar, sentarnos, dormir sobre una cama, bailar, jugar al fútbol, movernos en coche, etc. no serían posibles sin ella. A pesar que la gravedad es una fuerza universal, hay veces que desearíamos poder desarrollar investigaciones científicas sin su influencia, ya que permitiría poder avanzar en varios campos.

P


2. Imagen artística con la ISS sobre España. Foto: ESA
ero esta gravedad, existente siempre en nuestro planeta, no se pierde del todo, ni mucho menos al estar en órbita a la Tierra como lo están todos los satélites artificiales, la Estación Espacial Internacional (ISS) y los Transbordadores Espaciales norteamericanos. Por ello la expresión "ingravidez" es incorrecta, aunque es utilizada constantemente al traducir las palabras inglesas "weightless" y "weightlessness" como "ingravidez" y "falta o ausencia de gravedad" que, sin duda alguna, desemboca en grandes equívocos.

Tomando como ejemplo la ISS (ver foto 2) vemos que no es correcto utilizar la expresión "ingravidez", ya que dicha estación se encuentra orbitando a la altura de 390 km sobre el nivel del mar (ver fotografía adjunta), y en esa situación la gravedad existente vale 8,69 m/s2, tan sólo un 11,4 % menor que la que tenemos aquí, en la superficie de la Tierra, que es de unos 9,81 m/s2. Para demostrarlo basta aplicar la ecuación del campo gravitatorio, deducida de la gravitación universal de Isaac Newton, que en módulo es:



En nuestro caso sustituimos M por la masa de la Tierra, 5,97·1024 kg; r por el radio de la órbita de la ISS (radio de la Tierra más altura), 6,77·106 m; y la constante de gravitación universal, G, por 6,67·10–11 N·m2/kg2:



Y es que si allí no hubiera cierta gravedad la ISS, que viaja a más de 26 000 km/h, y que en consecuencia realiza una vuelta alrededor de la Tierra cada 92 minutos, saldría disparada hacia lo más profundo del espacio para no regresar jamás.

L


3. Pedro Duque en la ISS durante la Misión Cervantes mostrando tres bolas en caída libre. Las bolas parece que no caen porque Pedro también cae con la misma aceleración. Foto: ESA
a situación de los objetos y personas de la ISS que se encuentran en órbita alrededor de la Tierra es de caída libre (ver foto 3). Esta situación es similar a la de un ascensor cayendo desde un piso muy elevado. Los pasajeros que van dentro no pueden medir su propia masa con una balanza al no poder apoyarla en un suelo firme, ya que no hay nada que se oponga a la fuerza de la gravedad, que aquí en la Tierra todo lo rige.

La puesta en órbita fue explicada por Isaac Newton en un experimento imaginario en su tratado El Sistema del Mundo de 1728. Él imaginó una montaña muy alta desde donde se lanzaban piedras (en la figura 4 el punto V). Veamos como lo explica el propio Newton: Una p


4. Adaptación de la figura realizada por Newton en El Sistema del Mundo. Dibujo: autores
iedra lanzada, sometida a la acción de su gravedad, se desvía de la trayectoria rectilínea y, describiendo una curva en el aire, cae al fin al suelo; si se lanzase con mayor velocidad, llegará más lejos. Aumentando la velocidad, podría lograrse que describiera un arco de una milla, dos, cinco, cien, mil; y por fin, al ir más allá de los límites de la Tierra, que no cayese ya en el suelo [...] Y por la misma razón por la que el cuerpo con menor velocidad describe el arco menor VD, y el de velocidad mayor describe el arco mayor VE, y si se aumenta la velocidad llega aún más lejos hasta F, y aún más lejos hasta G; finalmente este mismo, si se le aumenta la velocidad continuamente, sobrepasará el monte desde donde fue lanzado.(9)


Las naves que orbitan la Tierra, en lugar de ser lanzadas desde lo alto de una montaña, son lanzadas por un cohete que las impulsa fuera de la atmósfera de la Tierra en una trayectoria que se curva sobre la misma, hasta alcanzar una determinada velocidad y altura, consiguiendo el mismo efecto del experimento imaginario de Newton. Es decir, la ISS va cayendo a medida que la superficie de la Tierra se va curvando bajo ella y, por ello, nunca impacta contra la Tierra. Es posible conseguir breves períodos de estado de caída libre en la Tierra dejándose caer desde torres altas –por ejemplo en parques de atracciones– o utilizando aviones en vuelos parabólicos.

Ahora podemos decir que la traducción correcta de "weightless" y "weightlessness" al español es "falta de peso" y "estado de falta de peso", conceptos también confusos y equívocos, ya que el peso, que se define como una fuerza que resulta del producto de la masa por la aceleración de gravedad, de acuerdo con la 2ª Ley de Newton (fuerza es el producto de una masa por una aceleración), no puede desaparecer mientras exista gravedad. Es decir:



E


5. Balanza y fuerzas que actúan sobre un objeto. Las fuerzas se anulan y el objeto permanece en equilibrio. Imagen: autores
l valor que proporciona una balanza es el de una masa y no de un peso. Si ponemos un objeto (ver imagen 5) sobre una balanza y ésta indica 2,2 kg, conociendo que la gravedad en la superficie de la Tierra es de 9,81 m/s2, el peso del objeto sería 21,6 N. Este peso ejerce una fuerza hacia abajo sobre el plato de la balanza y la balanza produce una fuerza de reacción, por la 3ª Ley de Newton, sobre el objeto que se pesa, quedando en equilibrio, sin movimiento. Es una fuerza de igual magnitud y de sentido contrario. En este ejemplo, si el peso es de 21,6 N la fuerza de reacción sería será de 21,6 N, pero actuando en el sentido contrario.

Por lo tanto, los astronautas en el espacio, tienen peso y gravedad, de lo que carecen es de fuerza de reacción de alguna superficie, esto es, de la fuerza que comúnmente se opone al peso en la Tierra, la fuerza normal. Y al estar en caída libre tienen la sensación de carecer de peso. Este ambiente de caída libre da a los investigadores una oportunidad única para estudiar los estados fundamentales de la materia –sólidos, líquidos y gases– y las fuerzas que los afectan.
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