Gravedad Zero vs Microgravedad
ESPACIO
Gravedad Zero vs Microgravedad
2016-01-12
Por
Jim "Tonys" Kargao

Cuantas veces habremos visto intrépidos astronautas flotando en el espacio, dentro o fuera de sus naves espaciales. Tropecientas verdad?. La gravedad cero mola, pero la microgravedad mola más!
Normalmente, la gente hablamos de gravedad cero cuando vemos un astronauta flotando en la estación espacial. Bueno, dejando a un lado las películas de ciencia ficción, la Estación Espacial Internacional es el único lugar en el espacio que los astronautas pueden visitar. Al menos hasta que volvamos a la Luna o lleguemos a Marte.

Pues bien, que os parecería si os dijera que el término gravedad cero es bastante incorrecto?... Si amigos mios, cuando hablamos de la Estación Espacial, deberíamos hablar de microgravedad.

A TODA PASTILLA

La realidad, es que la Estación Espacial Internacional, se encuentra en lo que se conoce como una órbita LEO (Low Earth Orbit), vamos que está bastante baja en términos espaciales. Su altitud varia entre los 350 Km y los 450Km. A esa altura, la gravedad es tan solo un poco más débil que en la superficie de la tierra..... De hecho es aproximadamente solo un 10% menor.

Que no te lo creés?. Vamos a calcularlo. Para ello utilizaremos dos fórmulas diferentes para determinar la fuerza de atracción gravitatoria, que debe valer lo mismo en ambas expresiones:

$F = {G{ {{M \cdot m}} \over {r^2}}} $ , $F = m \cdot a$
Igualando y reordenando (bendita propiedad conmutativa), obtenemos:

$F = {G{ {{M \cdot m}} \over {r^2}}} = m \cdot a = {m {{{G M }} \over {r^2}}}$

eliminando $m$ de ambos lados de la expresión y teniendo en cuenta que $a$ es el valor que buscamos ($9.8 m/{s^2}$ al nivel del mar), la fórmula que nos necesitamos es esta:

$a = {{{{G M }} \over {r^2}}}$
donde:
  • $G$ es la constante de gravitación universal que vale $6.67408 × 10^{-11} m^3 kg^{-1} s^{-2}$
  • $M$ es la masa de la tierra... unos $5.972 × 10^{24} Kg$
  • $m$ es la masa de la estación espacial internacional... unos $419455 Kg$
  • $r$ es la distancia entre los dos cuerpos (con respecto al centro de la tierra. Así que, como la tierra tienen un radio de unos 6.371 Km y la estación espacial está como máximo a unos 450 Km de la superficie, el valor que buscamos es 6.771.000 m.

Sustituyendo los valores obtenemos:

$a = {{6.67408 \cdot 10^{-11} \cdot 5.972 \cdot 10^{24}} \over { {6.771 \cdot 10 ^6} ^2 }} = {{6.67408 \cdot 5.972 \cdot 10^{13}} \over { 45.846441 \cdot 10 ^ {12}}} = {{6.67408 \cdot 5.972 \cdot 10} \over { 45.846441 }} = 8.694 m/s^2 $

Eso es más o menos un $10%$ menos que los $9.8m/s^2$ a los que estamos acostumbrados.

Entonces porque flotan los astronautas

Lo que ocurre en que la Estación Espacial está en caída libre pero, al mismo tiempo se mueve a toda pastilla. A unos 27000 Km/h... Ahí es ná. Dicho así, a lo burro, le han dao tal empujón que ha dado una vuelta completa a la tierra... como en los dibujos animados.

Explicao un poco más en detalle. Imaginad que os encontráis en una montaña muy alta con un cañón y un montón de balas. Si no existiera fuerza gravitatoria, ni rozamiento, al disparar nuestro cañón, la bala saldría en línea recta en la dirección en la que estuviera apuntando el cañón y tendería a moverse en esa dirección hasta el infinito, en virtud de la inercia de la bala.

La Estación Espacial Internacional está en constante caída libre.

Por otra parte, en presencia de fuerzas gravitatorías, la cosa es un poco diferente. Si simplemente dejáis caer la bala del cañón desde la montaña, ésta caerá a plomo... vamos verticalmente. Ahora suponed que en lugar de dejarla caer, la disparamos con el cañón. La bala intentará moverse en línea recta, pero ahora, al tener en cuenta la gravedad, habrá una fuerza que tirará de ella hacia abajo (de hecho hacia el centro de la Tierra). En este caso, la bala describirá una parábola, precipitándose inexorablemente contra la superficie de la Tierra... pero bastante más lejos que la primera bala que simplemente dejamos caer.

Si tuviéramos un cañón suficientemente potente, la bala salía dispara a toda velocidad, y empezaría a caer como en los casos anteriores, pero la curva que describiría sería idéntica a la curvatura de la Tierra de forma que nunca llegaría al suelo.

Velocidad Zero. Cayendo a plomo Velocidad 6000m/s. Cayendo en parábola Velocidad 73000m/s. Misma curvatura que la tierra
Imágenes cortesía de Wikipedia. Autor Lookang - Licencia CC-BY-SA

Lo que hemos descrito más arriba se conoce como la bola de cañon de Newton que aparece en su libro A Treatise of the System of the World.

Y Sin embargo cae

Sí, amigos, después de todo lo que os hemos contado, la realidad es que la Estación Espacial Internacional está cayendo... esas cosas de la realidad... que nunca es perfecta y eso. Fundamentalmente, la estación espacial está en lo que se conoce como una órbita baja (en inglés LEO Low Earth Orbit) y por lo tanto, se encuentra en las capas altas de la atmósfera, donde todavía sufre el efectos del rozamiento con las partículas que por allí danzan... que la van haciendo caer muy despacio.

Objetos en órbitas LEO todavía pueden sufrir de rozamiento atmosférico
Para evitar que se estampe contra el suelo cada cierto tiempo hay que darle un empujón. Lo que se conoce como un reboost.

Esa es la razón por la que se dice que la altitud de la estación espacial varia entre los 350 y los 450Km... Va cayendo hasta que un Soyuz o un ATV (hasta hace bien poco) la sube de nuevo a los 450 Km. Según la página de la wikipedia la Estación Espacial cae unos 2Km por mes.

Microgravedad

Así pues, como hemos calculado, la gravedad a la que normalmente están sometidos los astronautas (a día de hoy, la estación espacial es el único lugar que los astronautas visitan) es más o menos la misma que en la superficie de la Tierra. Por esa razón, la expresión Gravedad Cero no se suele utilizar. El valor de la gravedad por ahí arriba, está bastante lejos de ser cero.

En lugar, se suele decir que los astronautas están en Condiciones de Microgravedad. Hay gravedad, pero en la práctica, por todo lo que hemos discutido más arriba, su efecto es muy pequeño.

Y aunque la gravedad no sea cero, lo cierto, es que estas condiciones de microgravedad, permiten llevar a cabo multitud de experimentos que, o bien no sería posibles en la Tierra o bien, sus resultados son bastante diferentes. Además, a día de hoy es la única plataforma existente con la que prepararnos (mejor o peor) para las futuras misiones de exploración que algún día llegarán.

Bueno, esto es todo lo que os quería contar. Espero que os haya resultado interesante!

Hasta la próxima.

SOBRE Jim "Tonys" Kargao
Tony es un entusiasta del espacio. No hay noche en la que no puedas encontrártelo por Temple Bar en Dublin, compartiendo sus bastos conocimientos espaciales con cualquiera que quiera compartir una mesa.

 
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