Ingravidez

"Gravedad cero" y "Zero-G" vuelven a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Gravedad cero (desambiguación) .

Ausencia de tensiones y deformaciones resultantes de fuerzas de contacto mecánicas aplicadas externamente

Es posible que este artículo deba reescribirse para cumplir con los estándares de calidad de Wikipedia , ya que es inconsistente y no siempre claro. Ver hablar. Tu puedes ayudar . La página de discusión puede contener sugerencias. ( Septiembre de 2018 )

Los astronautas de la Estación Espacial Internacional experimentan solo microgravedad y, por lo tanto, muestran un ejemplo de ingravidez. Se puede ver a Michael Foale haciendo ejercicio en primer plano.

La ingravidez es la ausencia total o casi completa de la sensación de peso . Esto también se denomina G cero , aunque el término más correcto es " fuerza G cero ". Ocurre en ausencia de fuerzas de contacto sobre objetos, incluido el cuerpo humano.

El peso es una medida de la fuerza sobre un objeto en reposo en un campo gravitacional relativamente fuerte (como en la superficie de la Tierra). Estas sensaciones de peso se originan por el contacto con pisos de apoyo, asientos, camas, básculas y similares. También se produce una sensación de peso, incluso cuando el campo gravitacional es cero, cuando las fuerzas de contacto actúan sobre la inercia de un cuerpo y la superan mediante fuerzas mecánicas no gravitacionales , como en una centrífuga , una estación espacial giratoria o dentro de un vehículo en aceleración. .

Cuando el campo gravitacional no es uniforme, un cuerpo en caída libre experimenta efectos de marea y no está libre de estrés. Cerca de un agujero negro , estos efectos de marea pueden ser muy fuertes. En el caso de la Tierra, los efectos son menores, especialmente en objetos de dimensiones relativamente pequeñas (como el cuerpo humano o una nave espacial) y se conserva la sensación general de ingravidez en estos casos. Esta condición se conoce como microgravedad y prevalece en las naves espaciales en órbita.

La ingravidez en la mecánica newtoniana

En la mitad izquierda, el resorte está lejos de cualquier fuente de gravedad. En la mitad derecha, está en un campo de gravitación uniforme. a ) Gravedad cero e ingravidez b ) Gravedad cero pero no ingrávida (El resorte es propulsado por un cohete) c ) El resorte está en caída libre y sin peso d ) El resorte descansa sobre un pedestal y tiene tanto peso ₁ como peso ₂ .

En la mecánica newtoniana, los ingenieros dan dos interpretaciones distintas al término "peso".

Peso ₁ : Bajo esta interpretación, el "peso" de un cuerpo es la fuerza gravitacional ejercida sobre el cuerpo y esta es la noción de peso que prevalece en la ingeniería. Cerca de la superficie de la tierra, un cuerpo cuya masa es de 1 kg (2,2 lb) tiene un peso de aproximadamente 9,81 N (2,21 lb _f ), independientemente de su estado de movimiento, caída libre o no . La ingravidez en este sentido se puede lograr alejando el cuerpo de la fuente de gravedad. También se puede lograr colocando el cuerpo en un punto neutro entre dos masas gravitantes.

Peso ₂ : El peso también se puede interpretar como la cantidad que se mide cuando se usa una balanza. Lo que se mide no es la fuerza ejercida por el cuerpo en la balanza. En una operación de pesaje estándar, el cuerpo que se pesa se encuentra en un estado de equilibrio como resultado de una fuerza ejercida sobre él por la báscula que cancela el campo gravitacional. Por tercera ley de Newton, hay una fuerza igual y opuesta ejercida por el cuerpo de la máquina. Esta fuerza se llama peso ₂ . La fuerza no esgravitacional. Normalmente, es una fuerza de contacto y no uniforme en toda la masa del cuerpo. Si el cuerpo se coloca en la báscula en un elevador (un elevador) en caída libre en gravedad uniforme pura, la báscula leería cero, y el cuerpo se dice ingrávido, es decir, su peso ₂ = 0. Esto describe la condición en la que el el cuerpo está libre de estrés y no se deforma. Esta es la ingravidez en caída libre en un campo gravitacional uniforme . (La situación es más complicada cuando el campo gravitacional no es uniforme, o cuando un cuerpo está sujeto a múltiples fuerzas que pueden, por ejemplo, cancelarse entre sí y producir un estado de tensión aunque el peso ₂ sea ​​cero. Ver más abajo).

En resumen, tenemos dos nociones de peso de las cuales el peso ₁ es dominante. Sin embargo, la 'ingravidez' se ejemplifica típicamente no por la ausencia del peso ₁ sino por la ausencia de estrés asociado con el peso ₂ . Este es el sentido pretendido de ingravidez en lo que sigue a continuación.

Un cuerpo está libre de tensión, ejerce un peso cero ₂ , cuando la única fuerza que actúa sobre él es el peso _1, como cuando está en caída libre en un campo gravitacional uniforme. Sin subíndices, uno termina con la extraña conclusión de que un cuerpo no tiene peso cuando la única fuerza que actúa sobre él es su peso.

La manzana apócrifa que cayó sobre la cabeza de Newton se puede utilizar para ilustrar los problemas involucrados. Una manzana pesa aproximadamente 1 newton (0,22 lb _f ). Este es el peso ₁ de la manzana y se considera una constante incluso mientras cae. Durante esa caída, su peso ₂ sin embargo es cero: ignorando la resistencia del aire, la manzana está libre de estrés. Cuando golpea a Newton, la sensación que experimenta Newton dependerá de la altura desde la que cae la manzana y el peso ₂ de la manzana en el momento del impacto puede ser muchas veces mayor que 1 N (0,22 lb _f ). Es este peso ₂que distorsiona la manzana. En su descenso, la manzana en caída libre no sufre ninguna distorsión ya que el campo gravitacional es uniforme.

Estrés durante la caída libre

1. En un campo gravitacional uniforme: considere cualquier sección transversal que divida el cuerpo en dos partes. Ambas partes tienen la misma aceleración y la fuerza ejercida sobre cada una es suministrada por la fuente externa del campo. No hay fuerza ejercida por una parte sobre la otra. La tensión en la sección transversal es cero. El peso ₂ es cero.
2. En un campo gravitacional no uniforme: solo bajo la gravedad, una parte del cuerpo puede tener una aceleración diferente a la de otra. Esto tendería a deformar el cuerpo y generar tensiones internas si el cuerpo resiste la deformación. El peso ₂ no es 0.

A lo largo de esta discusión sobre el uso del estrés como indicador de peso, cualquier pre-estrés que pueda existir dentro de un cuerpo causado por una fuerza ejercida sobre una parte por otra no es relevante. Las únicas tensiones relevantes son las generadas por fuerzas externas aplicadas al cuerpo.

La definición y el uso de 'ingravidez' es difícil a menos que se entienda que la sensación de 'peso' en la experiencia terrestre cotidiana no es el resultado de la acción de la gravitación sola (que no se siente), sino de las fuerzas mecánicas que resisten la gravedad. Un objeto en caída libre recta, o en una trayectoria inercial de caída libre más compleja (como dentro de un avión de gravedad reducida o dentro de una estación espacial), todos experimentan ingravidez, ya que no experimentan las fuerzas mecánicas que causan la sensación de peso.

Campos de fuerza distintos de la gravedad

Como se señaló anteriormente, la ingravidez ocurre cuando

1. ninguna fuerza resultante actúa sobre el objeto
2. la gravedad uniforme actúa únicamente por sí misma.

En aras de la integridad, se debe agregar una tercera posibilidad menor. Esto es que un cuerpo puede estar sujeto a un campo que no es gravitacional pero tal que la fuerza sobre el objeto se distribuye uniformemente a través de la masa del objeto. Un cuerpo cargado eléctricamente, uniformemente cargado, en un campo eléctrico uniforme es un posible ejemplo. La carga eléctrica reemplaza aquí a la carga gravitacional habitual. Un cuerpo así estaría libre de estrés y sería clasificado como ingrávido. Varios tipos de levitación pueden caer en esta categoría, al menos aproximadamente.

Ingravidez y aceleración adecuada

Un cuerpo en caída libre (que por definición no implica fuerzas aerodinámicas) cerca de la superficie de la tierra tiene una aceleración aproximadamente igual a 9,8 m / s ² (32 pies / s ² ) con respecto a un marco de coordenadas unido a la tierra. Si el cuerpo está en un elevador que cae libremente y no está sujeto a empujones o tirones del elevador o de su contenido, la aceleración con respecto al elevador sería cero. Si por el contrario, el cuerpo está sujeto a fuerzas ejercidas por otros cuerpos dentro del elevador, tendrá una aceleración con respecto al elevador en caída libre. Esta aceleración que no se debe a la gravedad se denomina " aceleración adecuada ". En este enfoque, la ingravidez se mantiene cuando la aceleración adecuada es cero.

Maneras de evitar la ingravidez

La ingravidez contrasta con las experiencias humanas actuales en las que actúa una fuerza no uniforme, como:

• de pie en el suelo, sentado en una silla en el suelo, etc., donde la fuerza de apoyo del suelo contrarresta la gravedad,
• volar en un avión, donde se transmite una fuerza de apoyo desde la sustentación que proporcionan las alas (a continuación se describen trayectorias especiales que forman una excepción),
• durante la reentrada atmosférica , o durante el uso de un paracaídas , cuando la resistencia atmosférica desacelera un vehículo,
• durante una maniobra orbital en una nave espacial , o durante la fase de lanzamiento, cuando los motores de los cohetes proporcionan empuje .

En los casos en los que un objeto no es ingrávido, como en los ejemplos anteriores, una fuerza actúa de manera no uniforme sobre el objeto en cuestión. La elevación, el arrastre y el empuje aerodinámicos son todas fuerzas no uniformes (se aplican en un punto o superficie, en lugar de actuar sobre la masa completa de un objeto) y, por lo tanto, crean el fenómeno del peso. Esta fuerza no uniforme también puede transmitirse a un objeto en el punto de contacto con un segundo objeto, como el contacto entre la superficie de la Tierra y los pies, o entre un arnés de paracaídas y el cuerpo.

Fuerzas de marea

Dos cubos rígidos unidos por una cuerda elástica en caída libre cerca de un agujero negro. La cuerda se estira mientras el cuerpo cae hacia la derecha.

Las fuerzas de marea surgen cuando el campo gravitacional no es uniforme y existen gradientes de gravitación . De hecho, esta es la norma y, estrictamente hablando, cualquier objeto de tamaño finito, incluso en caída libre, está sujeto a efectos de marea. Estos son imposibles de eliminar por movimiento inercial, excepto en un solo punto designado del cuerpo. La Tierra está en caída libre pero la presencia de mareas indica que se encuentra en un campo gravitacional no uniforme. Esta falta de uniformidad se debe más a la luna que al sol. El campo gravitacional total debido al sol es mucho más fuerte que el de la luna, pero tiene un efecto de marea menor en comparación con el de la luna debido a las distancias relativas involucradas. Peso ₁de la tierra se debe esencialmente a la gravedad del sol. Pero su estado de tensión y deformación, representado por las mareas, se debe más a la falta de uniformidad en el campo gravitacional de la luna cercana. Cuando el tamaño de una región que se está considerando es pequeño en relación con su distancia de la masa gravitante, la suposición de un campo gravitacional uniforme se mantiene en una buena aproximación. Por lo tanto, una persona es pequeña en relación con el radio de la Tierra y el campo para una persona en la superficie de la tierra es aproximadamente uniforme. El campo no es estrictamente uniforme y es responsable del fenómeno de la microgravedad . Los objetos cercanos a un agujero negro están sujetos a un campo gravitacional altamente no uniforme.

Marcos de referencia

En todos los marcos de referencia inerciales , mientras se experimenta la ingravidez, la primera ley de movimiento de Newton se obedece localmente dentro del marco.. Dentro del marco (por ejemplo, dentro de una nave en órbita o un ascensor en caída libre), los objetos no forzados mantienen su velocidad en relación con el marco. Los objetos que no están en contacto con otros objetos "flotan" libremente. Si la trayectoria inercial está influenciada por la gravedad, el marco de referencia será un marco acelerado visto desde una posición fuera de la atracción gravitacional, y (visto desde lejos) los objetos en el marco (ascensor, etc.) parecerán estar debajo la influencia de una fuerza (la llamada fuerza de gravedad). Como se señaló, los objetos sujetos únicamente a la gravedad no sienten sus efectos. Por tanto, la ingravidez se puede realizar durante cortos períodos de tiempo en un avión que sigue una trayectoria de vuelo elíptica específica, a menudo erróneamente llamado vuelo parabólico. Se simula mal, con muchas diferencias, en flotabilidad neutra. condiciones, como la inmersión en un tanque de agua.

Gravedad cero, "gravedad cero", acelerómetros

Zero-g es un término alternativo para la ingravidez y se mantiene, por ejemplo, en un ascensor que cae libremente. Zero-g es sutilmente diferente de la ausencia total de gravedad, algo que es imposible debido a la presencia de gravedad en todas partes del universo. La "gravedad cero" también se puede utilizar para referirse a la ingravidez efectiva, sin tener en cuenta los efectos de las mareas. La microgravedad (o µg ) se usa para referirse a situaciones que son sustancialmente ingrávidas, pero donde la fuerza g estresada dentro de los objetos debido a los efectos de las mareas, como se discutió anteriormente, es alrededor de una millonésima parte de la de la superficie terrestre. Los acelerómetros solo pueden detectar la fuerza g, es decir, el peso ₂(= masa × aceleración adecuada). No pueden detectar la aceleración asociada con la caída libre. ^[a]

Sensación de peso

La fuerza en los pies es aproximadamente el doble que en la sección transversal del ombligo.

Los seres humanos experimentan su propio peso corporal como resultado de esta fuerza de apoyo, que da como resultado una fuerza normal aplicada a una persona por la superficie de un objeto de apoyo, sobre el cual la persona está de pie o sentada. En ausencia de esta fuerza, una persona estaría en caída libre y experimentaría ingravidez. Es la transmisión de esta fuerza de reacción a través del cuerpo humano, y la compresión y tensión resultante de los tejidos del cuerpo , lo que da como resultado la sensación de peso.

Debido a la distribución de masa por todo el cuerpo de una persona, la magnitud de la fuerza de reacción varía entre los pies y la cabeza de una persona. En cualquier sección transversal horizontal del cuerpo de una persona (como con cualquier columna ), el tamaño de la fuerza de compresión que resisten los tejidos debajo de la sección transversal es igual al peso de la parte del cuerpo por encima de la sección transversal. En la pose adoptada en la ilustración adjunta, los hombros soportan el peso de los brazos extendidos y están sujetos a una torsión considerable.

Un error común

Una concepción común sobre las naves espaciales que orbitan alrededor de la Tierra es que operan en un entorno libre de gravedad. Aunque hay una forma de dar sentido a esto dentro de la física de la relatividad general de Einstein, dentro de la física newtoniana, esto es técnicamente inexacto.

Un satélite geoestacionario sobre un punto marcado en el Ecuador. Un observador en el lugar marcado verá que el satélite permanece directamente sobre su cabeza a diferencia de los otros objetos celestiales que barren el cielo.

Las naves espaciales se mantienen en órbita por la gravedad del planeta en el que orbitan. En la física newtoniana, la sensación de ingravidez que experimentan los astronautas no es el resultado de que no haya aceleración gravitacional cero (como se ve desde la Tierra), sino de que no hay fuerza g que un astronauta pueda sentir debido a la condición de caída libre. y además, no hay diferencia entre la aceleración de la nave espacial y la aceleración del astronauta. El periodista espacial James Oberg explica el fenómeno de esta manera: ^[1]

El mito de que los satélites permanecen en órbita porque han "escapado de la gravedad de la Tierra" se perpetúa aún más (y falsamente) por el uso indebido casi universal de la palabra "gravedad cero" para describir las condiciones de caída libre a bordo de vehículos espaciales en órbita. Por supuesto, esto no es cierto; la gravedad todavía existe en el espacio. Evita que los satélites vuelen directamente hacia el vacío interestelar. Lo que falta es el "peso", la resistencia a la atracción gravitacional por una estructura anclada o una contrafuerza. Los satélites permanecen en el espacio debido a su tremenda velocidad horizontal, que les permite, mientras son empujados inevitablemente hacia la Tierra por la gravedad, caer "sobre el horizonte". La retirada curvada del suelo a lo largo de la superficie redonda de la Tierra compensa la caída de los satélites hacia el suelo. Velocidad,ni posición ni falta de gravedad, mantiene los satélites en órbita alrededor de la tierra.

Un satélite geoestacionario es de especial interés en este contexto. A diferencia de otros objetos en el cielo que se elevan y se ponen, un objeto en una órbita geoestacionaria aparece inmóvil en el cielo, aparentemente desafiando la gravedad. De hecho, se encuentra en una órbita circular ecuatorial con un período de un día.

Relatividad

Para un físico moderno que trabaja con la teoría general de la relatividad de Einstein , la situación es incluso más complicada de lo que se sugirió anteriormente. La teoría de Einstein sugiere que en realidad es válido considerar que los objetos en movimiento inercial (como caer en un ascensor, o en una parábola en un avión, u orbitar un planeta) de hecho se puede considerar que experimentan una pérdida local del campo gravitacional en su marco de descanso. Por lo tanto, desde el punto de vista (o marco) del astronauta o la nave en órbita, en realidad hay una aceleración adecuada casi nula.(la aceleración se siente localmente), tal como sería el caso en el espacio lejano, lejos de cualquier masa. Por tanto, es válido considerar que la mayor parte del campo gravitacional en tales situaciones está realmente ausente desde el punto de vista del observador que cae, tal como sugiere la visión coloquial (ver principio de equivalenciapara una explicación más completa de este punto). Sin embargo, esta pérdida de gravedad para el observador en órbita o en caída, en la teoría de Einstein, se debe al movimiento de caída en sí mismo y (nuevamente como en la teoría de Newton) no se debe al aumento de la distancia desde la Tierra. Sin embargo, no obstante, se considera que la gravedad está ausente. De hecho, la comprensión de Einstein de que una interacción gravitacional pura no se puede sentir, si se eliminan todas las demás fuerzas, fue la idea clave para llevarlo a la opinión de que la "fuerza" gravitacional puede verse de alguna manera como inexistente. Más bien, los objetos tienden a seguir trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo curvo, y esto se "explica" como una fuerza, por observadores "newtonianos" que asumen que el espacio-tiempo es "plano" y, por lo tanto, no tienen una razón para trayectorias curvas. (es decir, el "movimiento descendente"de un objeto cerca de una fuente gravitacional).

En la teoría de la relatividad general, la única gravedad que le queda al observador que sigue una trayectoria descendente o trayectoria "inercial" cerca de un cuerpo gravitante, es la que se debe a las no uniformidades que permanecen en el campo gravitacional, incluso para el observador que cae. . Esta falta de uniformidad, que es un simple efecto de marea en la dinámica newtoniana, constituye la " microgravedad"que se siente por todos los objetos extendidos espacialmente que caen en cualquier campo gravitacional natural que se origina a partir de una masa compacta. La razón de estos efectos de marea es que dicho campo tendrá su origen en un lugar centralizado (la masa compacta), y por lo tanto divergerá, y variará ligeramente en fuerza, según la distancia desde la masa. Por lo tanto, variará a lo largo del ancho del objeto que cae o que orbita. Por lo tanto, el término "microgravedad", un término demasiado técnico desde el punto de vista newtoniano, es un y término descriptivo en el punto de vista relativista general (einsteiniano).

Microgravedad

Artículo principal: entorno Micro-g

El término medio ambiente micro-g (también µg , a menudo referido por el término microgravedad ) es más o menos un sinónimo de ingravidez y cero-G , pero indica que las fuerzas g no son del todo cero, solo muy pequeñas. ^{[ cita requerida ]}

Entornos ingrávidos y de peso reducido

Maniobra de vuelo en gravedad cero

Peso reducido en aviones

Artículo principal: aviones de gravedad reducida

Los aviones se han utilizado desde 1959 para proporcionar un entorno casi ingrávido en el que entrenar a los astronautas, realizar investigaciones y filmar películas. Estos aviones se conocen comúnmente con el sobrenombre de " cometa vómito ".

Para crear un entorno ingrávido, el avión vuela en un arco parabólico de seis millas de largo , primero asciende y luego entra en una inmersión motorizada. Durante el arco, la propulsión y la dirección de la aeronave se controlan de manera que la resistencia del aire en el avión se anula, dejando que el avión se comporte como si estuviera en caída libre en el vacío. Durante este período, los ocupantes del avión experimentan 22 segundos de ingravidez, antes de experimentar aproximadamente 22 segundos de 1.8 g de aceleración (casi el doble de su peso normal) durante la salida de la parábola. Un vuelo típico dura alrededor de dos horas, durante las cuales se vuelan 30 parábolas.

El avión KC-135A de la NASA asciende para una maniobra de gravedad cero

Avión de gravedad reducida de la NASA

Las versiones de tales aviones han sido operadas por el Programa de Investigación de Gravedad Reducida de la NASA desde 1973, donde se originó el apodo no oficial. ^{[2] La} NASA más tarde adoptó el apodo oficial de 'Weightless Wonder' para su publicación. ^[3] El avión de gravedad reducida actual de la NASA, "Weightless Wonder VI", un McDonnell Douglas C-9 , tiene su base en Ellington Field (KEFD), cerca del Centro Espacial Lyndon B. Johnson .

Universidad de Microgravedad de la NASA - Plan de Oportunidades de Vuelo de Gravedad Reducida, también conocido como Programa de Oportunidades de Vuelo para Estudiantes de Gravedad Reducida, permite a los equipos de estudiantes presentar una propuesta de experimento de microgravedad. Si son seleccionados, los equipos diseñan e implementan su experimento, y se invita a los estudiantes a volar en el cometa Vomit de la NASA.

Agencia Espacial Europea A310 Zero-G

La Agencia Espacial Europea realiza vuelos parabólicos en un avión Airbus A310-300 especialmente modificado , ^[4] para realizar investigaciones en microgravedad. Además, la ESA europea , el CNES francés y el DLR alemán realizan campañas de tres vuelos en días consecutivos, cada uno con unas 30 parábolas, para un total de unos 10 minutos de ingravidez por vuelo. Estas campañas son operadas actualmente desde el aeropuerto de Burdeos - Mérignac en Francia por la empresa Novespace , ^[5] una subsidiaria de la CNES francesa., mientras que el avión es pilotado por pilotos de prueba de DGA Essais en Vol. Los primeros vuelos de la ESA Zero-G fueron en 1984, utilizando un avión KC-135 de la NASA en Houston , Texas. Hasta mayo de 2010 ^[actualizar], la ESA ha realizado 52 campañas y también 9 campañas de vuelo parabólico estudiantil. ^[6]

Otros aviones que ha utilizado incluyen el ruso Ilyushin Il-76 MDK antes de fundar Novespace, y usando entonces un Caravelle francés , luego un Airbus A300 Zero-G y ahora un Airbus A310 ^{[7] [8] [9]}

Vuelos comerciales para pasajeros públicos

Dentro de un ruso Ilyushin 76MDK del Centro de Entrenamiento de Cosmonautas de Gagarin

Novespace creó Air Zero G en 2012 para compartir la experiencia de la ingravidez a 40 pasajeros públicos por vuelo, utilizando el mismo A310 ZERO-G que para experiencias científicas. ^[10] Estos vuelos son vendidos por Avico , se operan principalmente desde Bordeaux-Merignac , Francia , y tienen la intención de promover la investigación espacial europea, permitiendo que los pasajeros públicos se sientan ingrávidos. Jean-François Clervoy , presidente de Novespace y astronauta de la ESA , vuela con astronautas de un día Air Zero G a bordo del A310 Zero-G. Después del vuelo, explica la búsqueda del espacio y habla de los 3 viajes espaciales que realizó a lo largo de su carrera. El avión también se ha utilizado con fines cinematográficos, con Tom Cruisey Annabelle Wallis para la Momia en 2017. ^[11]

El Zero Gravity Corporation , fundada en 1993 por Peter Diamandis, Byron Lichtenberg, y Ray Cronise, opera una modificación Boeing 727 que vuela arcos parabólicos para crear 25-30 segundos de ingravidez. Los vuelos se pueden comprar tanto con fines turísticos como de investigación.

Instalaciones de caída en tierra

Pruebas de gravedad cero en las instalaciones de investigación de gravedad cero de la NASA

Las instalaciones terrestres que producen condiciones de ingravidez con fines de investigación se denominan típicamente tubos de caída o torres de caída.

La Instalación de Investigación de Gravedad Cero de la NASA , ubicada en el Centro de Investigación Glenn en Cleveland, Ohio , es un eje vertical de 145 metros, en gran parte por debajo del suelo, con una cámara de caída de vacío integral, en la que un vehículo experimental puede tener una caída libre durante un tiempo. de 5,18 segundos, cayendo una distancia de 132 metros. El vehículo experimental se detiene en aproximadamente 4,5 metros de gránulos de poliestireno expandido y experimenta una velocidad máxima de desaceleración de 65 g .

También en NASA Glenn se encuentra la 2.2 Second Drop Tower, que tiene una distancia de caída de 24,1 metros. Los experimentos se colocan en un escudo de arrastre para reducir los efectos del arrastre de aire. Todo el paquete se detiene en una bolsa de aire de 3,3 metros de altura, a una velocidad máxima de desaceleración de aproximadamente 20 g . Mientras que Zero Gravity Facility realiza una o dos gotas por día, la torre de 2.2 Second Drop puede realizar hasta doce gotas por día.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA alberga otra instalación de tubo de caída que tiene 105 metros de altura y proporciona una caída libre de 4,6 segundos en condiciones cercanas al vacío . ^[12]

Los seres humanos no pueden utilizar estos ejes de gravedad, ya que la desaceleración experimentada por la cámara de caída probablemente mataría o lesionaría gravemente a cualquiera que los utilice; 20 g es aproximadamente la desaceleración más alta que un ser humano sano y en forma puede soportar momentáneamente sin sufrir lesiones. ^{[ cita requerida ]}

Otras instalaciones de caída en todo el mundo incluyen:

• Laboratorio de microgravedad de Japón (MGLAB): caída libre de 4,5 s
• Tubo de caída experimental del departamento de metalurgia de Grenoble - Caída libre de 3,1 s
• Fallturm Bremen Universidad de Bremen en Bremen - Caída libre de 4,74 s
• Torre de caída de la Universidad de Tecnología de Queensland: caída libre de 2.0 s

Flotabilidad neutra

También se pueden simular condiciones similares a algunas de ingravidez creando la condición de flotabilidad neutra , en la que los sujetos humanos y el equipo se colocan en un entorno acuático y se pesan o flotan hasta que flotan en su lugar. La NASA utiliza flotabilidad neutra para prepararse para la actividad extravehicular (EVA) en su Laboratorio de Flotabilidad Neutral . Flotabilidad neutra también se utiliza para la investigación de EVA en la Universidad de Maryland 's Laboratorio de Sistemas Espaciales , que opera el tanque de flotabilidad neutra solamente en un colegio o universidad.

La flotabilidad neutra no es idéntica a la ingravidez. La gravedad aún actúa sobre todos los objetos en un tanque de flotabilidad neutral; por lo tanto, los astronautas en entrenamiento de flotabilidad neutra todavía sienten todo el peso de su cuerpo dentro de sus trajes espaciales, aunque el peso está bien distribuido, similar a la fuerza sobre un cuerpo humano en una cama de agua, o cuando simplemente flotan en el agua. El traje y el astronauta juntos no están sometidos a ninguna fuerza neta, como ocurre con cualquier objeto que esté flotando o apoyado en el agua, como un buzo con flotabilidad neutra. El agua también produce arrastre, que no está presente en el vacío.

Ingravidez en una nave espacial

La relación entre los vectores de aceleración y velocidad en una nave espacial en órbita

La astronauta estadounidense Marsha Ivins demuestra el efecto de la ingravidez en el cabello largo durante STS-98

Se producen largos períodos de ingravidez en naves espaciales fuera de la atmósfera de un planeta, siempre que no se aplique propulsión y el vehículo no esté girando. La ingravidez no ocurre cuando una nave espacial enciende sus motores o cuando vuelve a entrar en la atmósfera, incluso si la aceleración resultante es constante. El empuje proporcionado por los motores actúa en la superficie de la boquilla del cohete en lugar de actuar uniformemente sobre la nave espacial, y se transmite a través de la estructura de la nave espacial a través de fuerzas de compresión y tracción a los objetos o personas que se encuentran en su interior.

La ingravidez en una nave espacial en órbita es físicamente idéntica a la caída libre, con la diferencia de que la aceleración gravitacional provoca un cambio neto en la dirección , en lugar de la magnitud , de la velocidad de la nave espacial . Esto se debe a que el vector de aceleración es perpendicular al vector de velocidad.

En la caída libre típica, la aceleración de la gravedad actúa a lo largo de la dirección de la velocidad de un objeto, aumentando linealmente su velocidad a medida que cae hacia la Tierra, o disminuyéndola si se aleja de la Tierra. En el caso de una nave espacial en órbita, que tiene un vector de velocidad en gran parte perpendicular a la fuerza de la gravedad, la aceleración gravitacional no produce un cambio neto en la velocidad del objeto, sino que actúa de manera centrípeta , para "girar" constantemente la velocidad de la nave espacial a medida que se mueve. alrededor de la Tierra. Debido a que el vector de aceleración gira junto con el vector de velocidad, permanecen perpendiculares entre sí. Sin este cambio en la dirección de su vector de velocidad, la nave espacial se movería en línea recta, dejando la Tierra por completo.

Ingravidez en el centro de un planeta

La fuerza gravitacional neta debida a un planeta de simetría esférica es cero en el centro. Esto es claro debido a la simetría, y también del teorema de la capa de Newton que establece que la fuerza gravitacional neta debida a una capa esféricamente simétrica, por ejemplo, una bola hueca, es cero en cualquier lugar dentro del espacio hueco. Por tanto, el material del centro es ingrávido.

Efectos sobre la salud humana

Artículos principales: Efecto de los vuelos espaciales sobre el cuerpo humano y la medicina espacial

El astronauta Clayton Anderson mientras una gran gota de agua flota frente a él en el Discovery. La cohesión juega un papel más importante en el espacio.

Tras el advenimiento de las estaciones espaciales que pueden estar habitadas durante largos períodos, se ha demostrado que la exposición a la ingravidez tiene algunos efectos nocivos para la salud humana. ^[13] Los seres humanos están bien adaptados a las condiciones físicas de la superficie de la Tierra. En respuesta a un período prolongado de ingravidez, varios sistemas fisiológicos comienzan a cambiar y atrofiarse. Aunque estos cambios suelen ser temporales, pueden producirse problemas de salud a largo plazo.

El problema más común que experimentan los humanos en las horas iniciales de ingravidez se conoce como síndrome de adaptación espacial o SAS, comúnmente conocido como enfermedad espacial. Los síntomas de SAS incluyen náuseas y vómitos , vértigo , dolores de cabeza , letargo y malestar general. ^[14] El primer caso de SAS fue informado por el cosmonauta Gherman Titov en 1961. Desde entonces, aproximadamente el 45% de todas las personas que han volado al espacio han sufrido esta condición. La duración del mareo espacial varía, pero en ningún caso ha durado más de 72 horas, después de las cuales el cuerpo se adapta al nuevo entorno. NASAen broma mide SAS usando la "escala Garn", llamada así por el senador de los Estados Unidos Jake Garn , cuyo SAS durante STS-51-D fue el peor registrado. En consecuencia, un "Garn" equivale al caso más grave posible de SAS. ^[15]

Los efectos adversos más importantes de la ingravidez a largo plazo son la atrofia muscular ( para obtener más información, consulte Reducción de la masa muscular, la fuerza y ​​el rendimiento en el espacio ) y el deterioro del esqueleto u osteopenia de los vuelos espaciales . ^[14] Estos efectos pueden minimizarse mediante un régimen de ejercicio, ^[16] como el ciclismo, por ejemplo. Los astronautas sujetos a largos períodos de ingravidez usan pantalones con bandas elásticas unidas entre la cintura y los puños para comprimir los huesos de las piernas y reducir la osteopenia. ^[17] Otros efectos significativos incluyen la redistribución de fluidos (que causa la apariencia de "cara de luna" típica de las imágenes de astronautas en ingravidez), ^[17][18] una ralentización del sistema cardiovascular a medida que disminuye el flujo sanguíneo en respuesta a la falta de gravedad, ^[19] una disminución de la producción de glóbulos rojos , trastornos del equilibrio y un debilitamiento del sistema inmunológico . Los síntomas menores incluyen pérdida de masa corporal, congestión nasal, alteraciones del sueño, flatulencia excesivae hinchazón de la cara. Estos efectos comienzan a revertirse rápidamente al regresar a la Tierra.

Además, después de largas misiones de vuelos espaciales , los astronautas pueden experimentar graves problemas de visión . ^{[20] [21] [22] [23] [24]} Estos problemas de visión pueden ser una preocupación importante para futuras misiones de vuelo en el espacio profundo, incluida una misión tripulada al planeta Marte . ^{[20] [21] [22] [23] [25]} La exposición a altos niveles de radiación también puede influir en el desarrollo de la aterosclerosis. ^[26]

El 31 de diciembre de 2012, un estudio apoyado por la NASA informó que los vuelos espaciales tripulados pueden dañar el cerebro de los astronautas y acelerar la aparición de la enfermedad de Alzheimer . ^{[27] [28] [29]} En octubre de 2015, la Oficina del Inspector General de la NASA emitió un informe de peligros para la salud relacionado con los vuelos espaciales tripulados , incluida una misión humana a Marte . ^{[30] [31]}

Efectos sobre organismos no humanos

Artículos principales: Efecto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano , Infección , Tratamiento médico durante los vuelos espaciales y Medicina espacial.

Los científicos rusos han observado diferencias entre las cucarachas concebidas en el espacio y sus contrapartes terrestres. Las cucarachas concebidas en el espacio crecieron más rápidamente y también crecieron para ser más rápidas y resistentes. ^[32]

Los huevos de gallina que se ponen en microgravedad dos días después de la fertilización parecen no desarrollarse adecuadamente, mientras que los huevos que se ponen en microgravedad más de una semana después de la fertilización se desarrollan normalmente. ^[33]

Un experimento del transbordador espacial de 2006 descubrió que Salmonella typhimurium , una bacteria que puede causar intoxicación alimentaria, se vuelve más virulenta cuando se cultiva en el espacio. ^[34] El 29 de abril de 2013, los científicos del Instituto Politécnico Rensselaer, financiado por la NASA , informaron que, durante el vuelo espacial en la Estación Espacial Internacional , los microbios parecen adaptarse al entorno espacial de formas "no observadas en la Tierra" y de formas que "puede conducir a un aumento del crecimiento y la virulencia ". ^[35]

En determinadas condiciones de prueba, se ha observado que los microbios prosperan en la casi ingravidez del espacio ^[36] y sobreviven en el vacío del espacio exterior . ^{[37] [38]}

Adaptación técnica en gravedad cero

Llama de vela en condiciones orbitales (derecha) versus en la Tierra (izquierda)

La ingravidez puede causar serios problemas en los instrumentos técnicos, especialmente aquellos que constan de muchas partes móviles. Los procesos físicos que dependen del peso de un cuerpo (como la convección , el agua de cocción o el encendido de velas) actúan de manera diferente en caída libre. La cohesión y la advección juegan un papel más importante en el espacio. El trabajo diario como lavarse o ir al baño no es posible sin adaptación. Para usar inodoros en el espacio, como el de la Estación Espacial Internacional , los astronautas deben sujetarse al asiento. Un ventilador crea succión para que los desechos se alejen. Se ayuda a beber con una pajita o tubos.

Ver también

• Gravedad artificial
• Clinostat
• Efecto de los vuelos espaciales en el cuerpo humano.
• Asociación Europea de Investigación de Baja Gravedad (ELGRA)
• Entorno micro-g
• Universidad de microgravedad
• Síndrome de adaptación espacial
• Medicina espacial
• Cometa del vómito

Notas

1. Nota: Los acelerómetros pueden detectar un cambio repentinoa caída libre (como cuando se cae un dispositivo), pero lo hacen midiendo el cambio de aceleración de algún valor a cero. Un acelerómetro que usa un solo peso o elemento vibratorio y no mide gradientes a través de distancias dentro del acelerómetro (que podría usarse para detectar microgravedad o fuerzas de marea), no puede diferenciar entre caída libre en un campo de gravedad e ingravidez debido a estar lejos de masas y fuentes de gravitación. Esto se debe al fuerte principio de equivalencia de Einstein.

Referencias

1. Oberg, James (mayo de 1993). "Mitos y conceptos erróneos del espacio" . Omni . 15 (7). Archivado desde el original el 27 de septiembre de 2007 . Consultado el 2 de mayo de 2007 .
2. Programa de investigación de gravedad reducida
3. "Cargando ..." www.nasaexplores.com . Consultado el 24 de abril de 2018 .
4. "Volar en gravedad cero significa un gran estrés para un viejo A310" . Flightglobal.com . 2015-03-23. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2017 . Consultado el 23 de agosto de 2017 .
5. "Novespace: microgravedad, misiones aéreas" . www.novespace.com . Archivado desde el original el 31 de marzo de 2018 . Consultado el 24 de abril de 2018 .
6. Agencia Espacial Europea . "Campañas de vuelo parabólico" . Sitio web de vuelos espaciales tripulados de la ESA . Archivado desde el original el 26 de mayo de 2012 . Consultado el 28 de octubre de 2011 .
7. Agencia Espacial Europea . "A300 Zero-G" . Sitio web de vuelos espaciales tripulados de la ESA . Consultado el 12 de noviembre de 2006 .
8. Agencia Espacial Europea . "Próxima campaña" . Sitio web de vuelos espaciales tripulados de la ESA . Consultado el 12 de noviembre de 2006 .
9. Agencia Espacial Europea . "Organización de la campaña" . Sitio web de vuelos espaciales tripulados de la ESA . Consultado el 12 de noviembre de 2006 .
10. "El astronauta francés realiza" Moonwalk "en vuelo parabólico - Air & Cosmos - International" . Air & Cosmos - Internacional . Archivado desde el original el 21 de agosto de 2017 . Consultado el 23 de agosto de 2017 .
11. "Tom Cruise desafía la gravedad en Novespace ZERO-G A310" . Archivado desde el original el 21 de agosto de 2017 . Consultado el 23 de agosto de 2017 .
12. "Instalación de tubo de caída del Centro de vuelo espacial Marshall" . nasa.gov . Consultado el 24 de abril de 2018 .
13. Chang, Kenneth (27 de enero de 2014). "Seres no hechos para el espacio" . New York Times . Archivado desde el original el 28 de enero de 2014 . Consultado el 27 de enero de 2014 .
14. Kanas, Nick; Manzey, Dietrich (2008), "Aspectos básicos de la adaptación humana al vuelo espacial", Psiquiatría y psicología espacial, Biblioteca de tecnología espacial, 22 : 15–48, Bibcode : 2008spp..book ..... K , doi : 10.1007 / 978-1-4020-6770-9_2 , ISBN 978-1-4020-6769-3
15. "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 6 de abril de 2012 . Consultado el 10 de mayo de 2012 . , pg 35, Proyecto de Historia Oral del Centro Espacial Johnson, entrevista con el Dr. Robert Stevenson:

    "Jake Garn estaba enfermo, estaba bastante enfermo. No sé si deberíamos contar historias como esa. Pero de todos modos, Jake Garn, ha dejado una huella en el Cuerpo de Astronautas porque representa el nivel máximo de enfermedad espacial que cualquiera puede". llegar a alcanzar, por lo que la marca de estar totalmente enfermo y totalmente incompetente es un Garn. La mayoría de los muchachos llegarán tal vez a un décimo de Garn, si es tan alto. Y dentro del Cuerpo de Astronautas, eso lo recordará para siempre ".

16. Kelly, Scott (2017). Resistencia: un año en el espacio, una vida de descubrimiento . Con Margaret Lazarus Dean. Alfred A. Knopf, una división de Penguin Random House. pag. 174. ISBN 9781524731595. Una de las cosas buenas de vivir en el espacio es que el ejercicio es parte de su trabajo ... Si no hago ejercicio seis días a la semana durante al menos un par de horas al día, mis huesos perderán una masa significativa, un 1 por ciento cada uno. mes ... Nuestros cuerpos son inteligentes para deshacerse de lo que no se necesita, y mi cuerpo ha comenzado a notar que mis huesos no son necesarios en gravedad cero. Al no tener que soportar nuestro peso, también perdemos músculo.
17. " Health Fitness Archivado el 19 de mayo de 2012 en la Wayback Machine ", Space Future
18. " El placer del vuelo espacial archivado el21 de febrero de 2012en la Wayback Machine ", Toyohiro Akiyama, Journal of Space Technology and Science , Vol.9 No.1 primavera de 1993, pp.21-23
19. "Los efectos locos que tiene el viaje espacial en el cuerpo humano" . buzzle.com . Consultado el 24 de abril de 2018 .
20. Mader, TH; et al. (2011). "Edema del disco óptico, aplanamiento del globo, pliegues coroideos y cambios hipermetropicos observados en astronautas después de un vuelo espacial de larga duración" . Oftalmología . 118 (10): 2058-2069. doi : 10.1016 / j.ophtha.2011.06.021 . PMID 21849212 . 
21. Puiu, Tibi (9 de noviembre de 2011). "Visión de los astronautas gravemente afectada durante largas misiones espaciales" . zmescience.com. Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2011 . Consultado el 9 de febrero de 2012 .
22. "Noticias en vídeo - CNN" . CNN . Archivado desde el original el 4 de febrero de 2009 . Consultado el 24 de abril de 2018 .
23. Space Staff (13 de marzo de 2012). "Vuelo espacial malo para la visión de los astronautas, sugiere un estudio" . Space.com . Archivado desde el original el 13 de marzo de 2012 . Consultado el 14 de marzo de 2012 .
24. Kramer, Larry A .; et al. (13 de marzo de 2012). "Efectos orbitales e intracraneales de la microgravedad: hallazgos en imágenes de RM 3-T" . Radiología . 263 (3): 819–827. doi : 10.1148 / radiol.12111986 . PMID 22416248 . Consultado el 14 de marzo de 2012 . 
25. Fong, MD, Kevin (12 de febrero de 2014). "Los efectos extraños y mortales que Marte tendría en tu cuerpo" . Cableado . Archivado desde el original el 14 de febrero de 2014 . Consultado el 12 de febrero de 2014 .
26. Abbasi, Jennifer (20 de diciembre de 2016). "¿Las muertes del astronauta de Apolo arrojan luz sobre la radiación del espacio profundo y las enfermedades cardiovasculares?". JAMA . 316 (23): 2469–2470. doi : 10.1001 / jama.2016.12601 . PMID 27829076 . 
27. Cherry, Jonathan D .; Frost, Jeffrey L .; Lemere, Cynthia A .; Williams, Jacqueline P .; Olschowka, John A .; O'Banion, M. Kerry (2012). "La radiación cósmica galáctica conduce a un deterioro cognitivo y una mayor acumulación de placa Aβ en un modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer" . PLOS ONE . 7 (12): e53275. Código bibliográfico : 2012PLoSO ... 753275C . doi : 10.1371 / journal.pone.0053275 . PMC 3534034 . PMID 23300905 .  
28. Personal (1 de enero de 2013). "Un estudio muestra que los viajes espaciales son perjudiciales para el cerebro y podrían acelerar la aparición de la enfermedad de Alzheimer" . SpaceRef . Consultado el 7 de enero de 2013 .
29. Cowing, Keith (3 de enero de 2013). "Resultados de investigación importantes que la NASA no está hablando de (actualización)" . Reloj de la NASA . Consultado el 7 de enero de 2013 .
30. Dunn, Marcia (29 de octubre de 2015). "Informe: la NASA necesita manejar mejor los peligros para la salud de Marte" . AP Noticias . Archivado desde el original el 30 de octubre de 2015 . Consultado el 30 de octubre de 2015 .
31. Personal (29 de octubre de 2015). "Esfuerzos de la NASA para gestionar la salud y los riesgos de rendimiento humano para la exploración espacial (IG-16-003)" (PDF) . NASA . Archivado (PDF) desde el original el 30 de octubre de 2015 . Consultado el 29 de octubre de 2015 .
32. "Supercucarachas mutantes del espacio" . Científico nuevo. 21 de enero de 2008. Archivado desde el original el 4 de junio de 2016.
33. "Experimento de huevos en el espacio impulsa preguntas" . New York Times . 1989-03-31. Archivado desde el original el 21 de enero de 2009.
34. Caspermeyer, Joe (23 de septiembre de 2007). "Se ha demostrado que el vuelo espacial altera la capacidad de las bacterias para causar enfermedades" . Universidad Estatal de Arizona . Archivado desde el original el 14 de septiembre de 2017 . Consultado el 14 de septiembre de 2017 .
35. Kim W, y col. (29 de abril de 2013). "El vuelo espacial promueve la formación de biopelículas por Pseudomonas aeruginosa" . PLOS ONE . 8 (4): e6237. Código bibliográfico : 2013PLoSO ... 862437K . doi : 10.1371 / journal.pone.0062437 . PMC 3639165 . PMID 23658630 .  
36. Dvorsky, George (13 de septiembre de 2017). "Estudio alarmante indica por qué ciertas bacterias son más resistentes a las drogas en el espacio" . Gizmodo . Archivado desde el original el 14 de septiembre de 2017 . Consultado el 14 de septiembre de 2017 .
37. Dosis, K .; Bieger-Dose, A .; Dillmann, R .; Gill, M .; Kerz, O .; Klein, A .; Meinert, H .; Nawroth, T .; Risi, S .; Stridde, C. (1995). "ERA-experiment" bioquímica espacial " ". Avances en la investigación espacial . 16 (8): 119-129. Código bibliográfico : 1995AdSpR..16..119D . doi : 10.1016 / 0273-1177 (95) 00280-R . PMID 11542696 . 
38. Horneck G .; Eschweiler, U .; Reitz, G .; Wehner, J .; Willimek, R .; Strauch, K. (1995). "Respuestas biológicas al espacio: resultados del experimento" Unidad Exobiológica "de ERA sobre EURECA I". Adv. Space Res . 16 (8): 105-18. Código Bibliográfico : 1995AdSpR..16..105H . doi : 10.1016 / 0273-1177 (95) 00279-N . PMID 11542695 . 

Enlaces externos

La definición del diccionario de gravedad cero en Wiktionary Media relacionada con la ingravidez en Wikimedia Commons

• Vuelo de ingravidez con avión de gravedad cero
• Centro de microgravedad
• Vuelo de microgravedad con aviones Zero-G
• maniacworld.com "NASA Reduced Gravity Aircraft" , videos del NASA Reduced Gravity Aircraft y de los participantes en un vuelo en ese avión.
• Cómo funciona la ingravidez en HowStuffWorks
• NASA - SpaceResearch - Investigación en fisiología humana y la ISS: mantenerse en forma a lo largo del viaje
• La silla de gravedad cero utiliza el concepto de ingravidez
• " ¿Por qué los astronautas son ingrávidos? " Explicación en video de la falacia de la "gravedad cero".