Pergunte a Ethan: 'Zero Gravity' é realmente uma coisa?
O Weightless Wonder da NASA, mais conhecido como Vomit Comet. Este é um avião comercial Douglas DC-9 modificado. Crédito da imagem: NASA.
Por que a ausência de peso é possível, mesmo que não haja lugar onde você possa se esconder da força de maior alcance do Universo.
Era uma estranha leveza, uma sensação à deriva. Gravidade zero. Compreendi que tudo o que antes parecia sólido e imóvel poderia simplesmente flutuar para longe.
– Lisa Unger
Quando vemos astronautas no espaço, voando acima da atmosfera da Terra, nos dizem que eles experimentam gravidade zero: a verdadeira ausência de peso. No entanto, eles ainda estão sendo gravitacionalmente atraídos pela Terra, a Lua, o Sol e todas as outras massas do Universo! Então, como a gravidade zero realmente funciona, e é uma coisa real? Essa é a pergunta que incomoda Warren Cooper, que pergunta:
Ouvi falar de experimentos na ISS sendo conduzidos em Gravidade Zero, e ouvi dizer que estudos são feitos em humanos em 'Gravidade Zero'. Mas 'Zero Gravity' é uma coisa real?
É uma pergunta muito boa e uma sensação que você não precisa ir ao espaço para experimentar.
O passeio Freefall, de 2006, no Six Flags Over Georgia. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons WillMcC, sob c.c.a.-3.0 não portado.
Pense na diferença entre o que você está fazendo agora – provavelmente sentado parado – e caindo. A diferença não é a cadeira, o assento ou a força da gravidade em você. Você pode ter tudo isso e ainda estar caindo, como em uma montanha-russa de queda livre. A diferença é o que você sente como o assento (ou o chão, ou uma cama, ou onde quer que você esteja) empurrando para cima de você, resistindo à força da gravidade. A razão pela qual você não está experimentando a sensação de queda não tem tanto a ver com a gravidade quanto com o que chamamos, em física, de força normal. Não é que seja uma contrapartida de uma força anormal; a força normal é uma força normal (ou perpendicular) à superfície em que você está sentado/em pé/deitado.
A força da gravidade (vermelho) e a força normal (azul), que são forças iguais e opostas, pois atuam em qualquer massa na superfície da Terra. Imagem de domínio público.
Agora, tire essa força. Você pode imaginar tirá-lo por vários meios diferentes:
- Você pode remover a superfície que a exerce, como o chão, a cadeira ou o que quer que esteja segurando você.
- Você poderia desligar a gravidade, deixando-o sem peso.
- Ou você pode desligar as interações eletromagnéticas entre você e os átomos naquela superfície.
No primeiro caso, você simplesmente cairia no que quer que estivesse abaixo, como se tivesse pisado acidentalmente no ar e começado a cair. No segundo caso, você reconheceria que a única razão pela qual a força normal estava ligada é porque a gravidade estava puxando você para baixo em direção à Terra, com o chão (ou cadeira) no caminho, empurrando para trás com a reação de igual e oposta para mantê-lo no lugar. Se você desligou a gravidade, a força da gravidade iria para zero, assim como a força igual e oposta. E no terceiro caso, a força da gravidade ainda existiria, puxando você para o centro da Terra, mas sem as forças eletromagnéticas entre os átomos no chão agindo sobre você, você cairia direto.
Enquanto um projétil age apenas sob a influência da gravidade, parece fazer uma parábola, mas esta é apenas uma pequena parte do que é na verdade uma elipse, com o centro da Terra como um foco. Se a força eletromagnética fosse desligada, a bola completaria esse caminho elíptico em aproximadamente 90 minutos. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons MichaelMaggs; Editado por Richard Bartz.
Estes três casos são obviamente muito diferentes. No primeiro caso, a gravidade estaria puxando você para baixo, acelerando você em direção ao centro da Terra, e faria isso até você parar de acelerar devido à força de arrasto do ar ou porque você experimentou uma força da Terra (ou outro corpo sólido ). No segundo caso, você experimentaria a ausência de peso e não aceleraria em nenhum lugar; seria a verdadeira gravidade zero. E no terceiro caso, você aceleraria em direção ao centro da Terra, fazendo um elipsóide com o centro da Terra como um foco, retornando ao seu ponto de partida após aproximadamente 90 minutos.
O engraçado? Para esse primeiro momento inicial, em todas essas três instâncias, você sentiria exatamente a mesma sensação.
Astronautas e frutas, a bordo da Estação Espacial Internacional. Observe que a gravidade não está desligada, mas que tudo – incluindo a espaçonave – é uniformemente acelerado, resultando em uma experiência de zero g. Imagem de domínio público.
Essa leveza, essa sensação de barriga subindo, essa desorientação... isso é o que é uma sensação de gravidade zero. Ainda mais estranho? O segundo e o terceiro cenários – com a gravidade desligada ou você acelerando em queda livre sem nada para interagir – seriam indistinguíveis para você se você não abrisse os olhos. Você não pode dizer a diferença entre a gravidade ser desligada e a aceleração uniforme de queda livre. Isso pode parecer contra-intuitivo, mas esse é o princípio central e definidor que levou Einstein a formular a Relatividade Geral. Isso é o que conhecemos, hoje, como o princípio da equivalência de Einstein.
O comportamento idêntico de uma bola caindo no chão em um foguete acelerado (esquerda) e na Terra (direita) é uma demonstração do princípio de equivalência de Einstein. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Markus Poessel, retocada por Pbroks13.
O princípio afirma que não há como distinguir entre uma aceleração gravitacional e qualquer outra forma de aceleração, como o empuxo de um foguete. Ele afirma que se você e o referencial em que você está estão sendo acelerados, juntos, uniformemente, é equivalente a não ser acelerado. A força que você sente na Terra, girando em seu eixo e girando em torno do Sol, é idêntica à força que você sentiria se o Sol desaparecesse e a Terra estivesse simplesmente girando sozinha no abismo do espaço.
A Terra em órbita ao redor do Sol, com seu eixo de rotação mostrado. Crédito da imagem: usuário do wikimedia commons Tauʻolunga, lançado em domínio público.
Quando dizemos gravidade zero, não queremos dizer que a força da gravidade deixa de existir. Não há lugar no Universo onde possamos ir onde seríamos bem sucedidos em nos esconder da força da gravidade, nem precisamos. Tudo o que precisamos é desligar a força normal, o que significa permitir que nós mesmos e o quadro de referência em que estamos caiam juntos, uniformemente. Tudo o que precisamos fazer é acelerar exatamente na mesma taxa que o nosso entorno, sem força diferencial entre eles. Esse é o mesmo princípio por trás de um passeio no cometa vômito, onde o motor de um avião é cortado e ele cai em queda livre por cerca de 40 segundos com você a bordo.
Vomit riders comet, em 2006, durante um dos mergulhos de gravidade zero. Crédito da imagem: usuário do flickr Steve Jurvetson, via https://www.flickr.com/photos/jurvetson/224239224 .
A gravidade zero que você experimenta pode parecer muito com uma queda, exceto sem o ar passando por você. É simplesmente que não há gravidade relativa entre você e o que você percebe como a direção descendente. Se você se sujeitasse a gravidade relativa zero nesse sentido, experimentaria todos os tipos de doenças físicas: perda óssea, atrofia muscular, deficiência visual ou até cegueira, a perda de todos os calos nos pés (levando à muda do pé ) e, com a falta de gravidade puxando suas entranhas da maneira que normalmente são puxadas pela gravidade da Terra, aumentou a flatulência. Todos esses são riscos para os astronautas; O astronauta da Apollo 16, John Young, ficou famoso por ter um caso ruim de peidos espaciais enquanto estava na Lua, que ele atribuiu sem a menor cerimônia ao suco de laranja da Flórida que estava consumindo.
Literalmente experimentar gravidade zero pode ser um mito completo, pois não há nenhum lugar no Universo que você possa se esconder da força final de longo alcance. Mas da perspectiva do seu corpo físico, desde que seu ambiente seja uniformemente acelerado na mesma velocidade que você, você nunca poderá dizer a diferença. Estar em gravidade zero e estar em queda livre são sinônimos, no que diz respeito à sua experiência. Portanto, embora tecnicamente nunca haja nada no Universo experimentando gravidade zero, simplesmente deixar a gravidade levá-lo para baixo – até que você encontre algo para resistir a você – é o melhor substituto que você pode pedir. No mínimo, foi bom o suficiente para Einstein, foi bom o suficiente para os astronautas e deve ser bom o suficiente para cada um de nós também.
Envie suas perguntas Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com .
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