La ingravidez, más precisamente, la microgravedad, es un estado especial fuera de la gravedad de la Tierra (o cualquier otro), cuando prácticamente no se siente, y el cuerpo del astronauta se encuentra en un estado de caída libre incesante. La gravedad cero se puede experimentar, por ejemplo, en un ascensor o avión de caída libre (estos aviones acrobáticos se utilizan para entrenar en gravedad cero artificial), o en la órbita de la Tierra, en la Estación Espacial Internacional. La exposición prolongada a la gravedad cero tiene un efecto perjudicial en la condición física de los astronautas, por lo que los científicos están estudiando cómo reducir el nivel de pérdida de masa muscular y ósea en condiciones de microgravedad para proteger a los futuros viajeros a Marte y más allá. Literalmente, seis meses en órbita provocan cambios irreversibles en el cuerpo humano.
La exposición prolongada a la gravedad cero conduce a problemas de salud, esto es un hecho. Por ejemplo, la gente ya sabe que los astronautas voladores podrán experimentar una amplia gama de problemas médicos, que incluyen desgaste muscular, deficiencia de calcio, función cardiopulmonar alterada, discapacidad visual e incluso inmunidad debilitada. Investigadores del Hospital Henry Ford en Michigan han agregado otro problema a esta lista: se ha demostrado que la ingravidez destruye las articulaciones que no sanan incluso después de regresar a la Tierra.
Peso como la fuerza con la que cualquier cuerpo actúa sobre una superficie, soporte o suspensión. El peso surge debido a la atracción gravitacional de la Tierra. Numéricamente, el peso es igual a la fuerza de gravedad, pero esta última se aplica al centro de masa del cuerpo, mientras que el peso se aplica al soporte.
Ingravidez: peso cero, puede ocurrir si no hay fuerza gravitacional, es decir, el cuerpo es suficiente de objetos masivos que pueden atraerlo.
La Estación Espacial Internacional se encuentra a 350 km de la Tierra. A esa distancia, la aceleración de la gravedad (g) es de 8.8 m / s2, que es solo un 10% menos que en la superficie del planeta.
En la práctica, rara vez te encuentras, el efecto gravitacional siempre existe. Los cosmonautas de la EEI todavía están afectados por la Tierra, pero la ingravidez está presente allí.
Otro caso de ingravidez ocurre cuando la fuerza de la gravedad es compensada por otras fuerzas. Por ejemplo, la ISS está sujeta a la fuerza de la gravedad, ligeramente reducida debido a la distancia, pero la estación también se mueve en una órbita circular con la primera velocidad cósmica y la fuerza centrífuga compensa la gravedad.
Ingravidez en la Tierra
El fenómeno de la ingravidez también es posible en la Tierra. Bajo la influencia de la aceleración, el peso corporal puede disminuir e incluso volverse negativo. Un ejemplo clásico dado por los físicos es la caída de un ascensor.
Si el elevador se mueve hacia abajo con aceleración, entonces la presión en el piso del elevador y, por lo tanto, el peso, disminuirá. Además, si la aceleración es igual a la aceleración de la gravedad, es decir, la sustentación cae, el peso de los cuerpos será cero.
Se observa un peso negativo si la aceleración del elevador excede la aceleración de la caída libre: los cuerpos en el interior se "pegan" al techo del automóvil.
Este efecto se usa ampliamente para simular la ingravidez en el entrenamiento de astronautas. El avión, equipado con una cámara de entrenamiento, asciende a una altura considerable. Después de eso, se sumerge a lo largo de una trayectoria balística, de hecho, en la superficie de la tierra, el automóvil está nivelado. Al bucear desde 11 mil metros, puede obtener 40 segundos de ingravidez, que se usa para entrenar.
Existe la idea errónea de que estas personas realizan figuras complejas, como el "bucle de Nesterov", para obtener la ingravidez. De hecho, para el entrenamiento se utilizan aviones de pasajeros en serie modificados, que son incapaces de maniobras complejas.
Expresión física
La fórmula física del peso (P) con movimiento acelerado del soporte, ya sea un corpiño que cae o un avión en picado, es la siguiente:
donde m es el peso corporal,
g - aceleración de la gravedad,
a - aceleración del soporte.
Cuando gy a son iguales, P = 0, es decir, se logra la ingravidez.
¿Qué es la ingravidez? Copas flotantes, la capacidad de volar y caminar por el techo, de mover incluso los objetos más grandes con facilidad: esta es la idea romántica de este concepto físico.
Si le preguntas a un astronauta qué es la ingravidez, te dirá lo difícil que es durante la primera semana a bordo de la estación y cuánto tiempo después de regresar tienes que recuperarte, acostumbrándote a las condiciones de gravedad. Sin embargo, el físico probablemente omitirá tales matices y revelará el concepto con precisión matemática utilizando fórmulas y números.
Definición
Comencemos nuestro conocimiento del fenómeno con la divulgación de la esencia científica del tema. La física define la ingravidez como un estado de un cuerpo cuando su movimiento o las fuerzas externas que actúan sobre él no provocan una presión mutua de partículas entre sí. Este último siempre surge en nuestro planeta cuando un objeto se mueve o descansa: es presionado por la fuerza de la gravedad y la reacción de dirección opuesta de la superficie sobre la que se encuentra el objeto.
La excepción a esta regla son los casos, es decir, caer con una velocidad que le da al cuerpo la fuerza de la gravedad. En tal proceso, no hay presión de partículas entre sí, aparece la ingravidez. La física dice que el estado que ocurre en las naves espaciales y, a veces, en los aviones se basa en el mismo principio. La ingravidez aparece en estos vehículos cuando se mueven a velocidad constante en cualquier dirección y se encuentran en estado de caída libre. Un satélite artificial o puesto en órbita mediante un vehículo de lanzamiento. Les da una cierta velocidad, que se mantiene después de que el dispositivo apaga sus propios motores. En este caso, el barco comienza a moverse solo bajo la influencia de la gravedad y se produce la ingravidez.
Casas
Las implicaciones de volar para los astronautas no terminan ahí. Después de regresar a la Tierra, deben adaptarse nuevamente a la gravedad durante algún tiempo. ¿Qué es la ingravidez para un astronauta que ha completado un vuelo? En primer lugar, es un hábito. La conciencia durante algún tiempo se niega a aceptar el hecho de la presencia de la gravedad. Como resultado, a menudo hay casos en los que el astronauta, en lugar de poner la taza sobre la mesa, simplemente la suelta y se da cuenta del error solo cuando escucha el sonido de los platos que se rompen en el piso.
Nutrición
Una de las tareas difíciles y al mismo tiempo interesantes para los organizadores de vuelos tripulados es proporcionar a los astronautas alimentos que el cuerpo asimile fácilmente bajo la influencia de la ingravidez en una forma conveniente. Los primeros experimentos no despertaron mucho entusiasmo entre los miembros de la tripulación. Indicativo al respecto es el caso cuando el astronauta estadounidense John Young, contrariamente a las estrictas prohibiciones, subió a bordo un bocadillo, que, sin embargo, no comieron, para no violar aún más la carta.
Hasta la fecha, no hay problemas con la diversidad. La lista de platos disponibles para los cosmonautas rusos incluye 250 artículos. A veces, un barco de carga que comienza en la estación entregará una comida fresca ordenada por alguien de la tripulación.
La base de la dieta son todas las comidas líquidas, bebidas y purés envasados en tubos de aluminio. Los envases y cáscaras de los productos están pensados de tal forma que se evite la aparición de migas flotando en gravedad cero y capaces de entrar en el ojo de alguien. Por ejemplo, las galletas se hacen bastante pequeñas y se cubren con una cáscara que se derrite en la boca.
Entorno familiar
En estaciones como la ISS, intentan llevar todas las condiciones a las condiciones terrestres habituales. Estos son platos nacionales en el menú, y el movimiento de aire necesario tanto para el funcionamiento del cuerpo como para el funcionamiento normal del equipo, e incluso la designación del piso y el techo. Este último es, más bien, de importancia psicológica. A un astronauta en gravedad cero no le importa en qué posición trabajar, sin embargo, la asignación de un piso y techo condicional reduce el riesgo de pérdida de orientación y facilita una adaptación más rápida.
La gravedad cero es una de las razones por las que no todo el mundo es contratado como astronauta. La adaptación al llegar a la estación y después de regresar a la Tierra es comparable a una aclimatación mejorada varias veces. Es posible que una persona con mala salud no pueda soportar tal carga.
Vivimos en una época en la que los vuelos de naves espaciales alrededor de la Tierra, a la Luna y a otros planetas del sistema solar ya no son sorprendentes. Sabemos que durante el vuelo, los astronautas y todos los objetos en las naves espaciales se encuentran en un estado especial llamado estado de gravedad cero. ¿Qué es este estado y se puede observar en la Tierra? La ingravidez es un fenómeno físico complejo. Para comprenderlo, debe recordar algo del curso de física.
Entonces, por peso del cuerpo, nos referimos a la fuerza con la que el cuerpo, debido a su atracción hacia la Tierra, presiona sobre el soporte.
Imagina que el soporte y el cuerpo caen libremente. Después de todo, un soporte es también un cuerpo sobre el que actúa la gravedad. ¿Cuál será el peso del cuerpo en este caso? ¿Con qué fuerza actuará el cuerpo sobre el soporte?
Hagamos el experimento. Tome un cuerpo pequeño y cuélguelo de un resorte sujeto a un soporte fijo. Bajo la acción de la gravedad, el cuerpo comienza a moverse hacia abajo, por lo que el resorte se estira hasta que surge una fuerza elástica en él, que equilibra la fuerza de la gravedad. Si corta el hilo que sujeta el resorte al cuerpo, el resorte al cuerpo caerá. Puedes ver que durante el otoño, la tensión del resorte desaparece y vuelve a su tamaño original.
¿Así que lo que ocurre? Cuando cae el resorte con el cuerpo, permanece sin estirar. Es decir, el cuerpo que cae no actúa sobre el resorte que cae junto con él. En este caso, el peso del cuerpo es cero, pero el cuerpo y el resorte caen, lo que significa que la fuerza de la gravedad sigue actuando sobre ellos.
De la misma forma, si el cuerpo y el soporte o soporte sobre el que reposa el cuerpo caen libremente, entonces el cuerpo dejará de presionar sobre el soporte o soporte. En este caso, el peso corporal será cero.
Se observan fenómenos similares en naves espaciales y satélites. El satélite que gira alrededor de la Tierra, el astronauta y todos los cuerpos que se encuentran dentro del satélite están en continua caída libre (parecen caer a la Tierra). Como resultado de esto, los cuerpos, durante el otoño, no presionan el soporte y no estiran el resorte. Se dice que tales cuerpos están en un estado de ingravidez ("sin peso", el peso es igual a cero).
Los cuerpos no fijados en la nave espacial "flotan" libremente. El líquido vertido en el recipiente no presiona el fondo y las paredes del recipiente, por lo tanto, no fluye a través del orificio del recipiente. Los péndulos del reloj descansan en cualquier posición en la que se hayan dejado. Un astronauta no necesita ningún esfuerzo para mantener un brazo o una pierna en una posición extendida. Su idea de dónde está arriba y dónde está abajo desaparece. Si le dices a cualquier cuerpo la velocidad relativa a la cabina del satélite, entonces se moverá de manera rectilínea y uniforme hasta que choque con otros cuerpos.
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Más detalladamente sobre qué es y dónde se puede sentir, y se discutirá en este artículo.
Estático
Hay dos tipos de ingravidez. Es estático: se observa cuando se aleja de un objeto con una gran masa. Por ejemplo, un cuerpo que ha volado a una distancia considerable del planeta. Sin embargo, debe entenderse que su peso no desaparece por completo.
El hecho es que la gravedad de objetos masivos como planetas y estrellas, aunque disminuye con la distancia, no desaparece por completo. Su acción se extiende infinitamente hasta todos los rincones del Universo, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Esto se deriva de la definición de ingravidez.
Por tanto, es imposible salir de la zona de acción del campo gravitacional.
Dinámica
Otro tipo de ingravidez es la dinámica. Es constantemente probado por cosmonautas y pilotos. El efecto del campo gravitacional de un objeto masivo puede neutralizarse mediante una caída libre sobre él. Esto requiere que el objeto gane una cierta velocidad y se convierta en un satélite.
Habiendo ganado la velocidad requerida, el satélite comienza a entrar en un estado de caída libre constante. Los objetos en su interior estarán en un estado de ingravidez. Esta velocidad se llama la primera velocidad cósmica.
Para el planeta Tierra, por ejemplo, la velocidad es de unos 8 kilómetros por segundo. Para el Sol - ya 640. Todo depende de la masa del objeto y su densidad. En lugares donde la densidad alcanza cientos de millones de toneladas por centímetro cúbico, la velocidad cósmica se acerca a la velocidad de la luz.
Ingravidez en la Tierra
Resulta que uno puede experimentar el estado de ingravidez sin salir del planeta. Es cierto, por un período muy corto. Por ejemplo, un pasajero en un automóvil que pasa por un puente curvo experimentará ingravidez durante un tiempo en la parte superior del puente.
Los pasajeros que viajan en transporte público por carreteras llenas de baches experimentan constantemente el efecto de la ingravidez cada vez que el autobús choca contra un agujero o un bache. Están en caída libre durante un corto período de tiempo.
Entretenimiento
Recientemente, han aparecido campos de entrenamiento especiales en la industria del entretenimiento, donde todos pueden experimentar la ingravidez.
Después de pasar una comisión médica y pagar una cierta cantidad de dinero, puede subir a bordo de un avión que vuela a lo largo de una trayectoria ondulada, y durante un pico, las personas pueden experimentar una inusual sensación de ingravidez durante medio minuto.
El piloto de la aeronave a través del intercomunicador anuncia el inicio del efecto de ingravidez. Esto es por razones de seguridad. El hecho es que después de una caída libre, el avión está ganando altura rápidamente. Al mismo tiempo, las personas a bordo experimentan un efecto diametralmente opuesto: la sobrecarga.
A veces, este valor alcanza tres veces la aceleración debida a la gravedad. En otras palabras, el peso del cuerpo en gravedad cero será tres veces su peso natural. Caer desde una altura de varios metros con tal peso corporal puede lesionarse muy fácilmente.
Para estos fines, los instructores especialmente capacitados se sientan a bordo de la aeronave en el compartimiento de gravedad cero. Su tarea es poner a las personas que no lograron cumplir con el intervalo de tiempo dado en el piso del avión a tiempo.
Se producen una serie de altibajos con una frecuencia de hasta veinte veces durante un vuelo de avión.
En Rusia, por ejemplo, para aquellos que deseen experimentar la ingravidez hay una centrífuga especial, que se encuentra en el centro de entrenamiento de cosmonautas y pilotos. Nuevamente, después de un examen médico y una contribución monetaria de aproximadamente 55 mil rublos, una persona puede sentir el efecto de la ingravidez.
Efecto sobre el cuerpo humano
Por definición, la ingravidez es absolutamente inofensiva para el cuerpo humano. Las dificultades comienzan cuando dura varios días, semanas o meses.
En la mayoría de los casos, esto solo se aplica a los habitantes de las estaciones espaciales. Los astronautas que han estado a bordo durante mucho tiempo comienzan a experimentar una gran incomodidad. Esto se debe principalmente al mecanismo vestibular.
En la Tierra, en condiciones habituales, los otolitos del aparato vestibular presionan las terminaciones nerviosas, lo que indica a nuestro cerebro dónde están la parte superior e inferior, orientando el cuerpo humano en el espacio.
Peso e ingravidez
Es muy diferente cuando el cuerpo no pesa nada. Todos los procesos en él proceden de manera diferente. Debido a la falta de presión de los otolitos, se produce una violación de la orientación en el espacio. El concepto de "arriba" y "abajo" en el espacio desaparece por completo. La falta de actividad física también daña el cuerpo humano. En este estado, el tejido muscular se atrofiará si no se toman medidas. El tejido óseo también sufre con su degradación. En ausencia de carga, entra menos fósforo en los huesos del cuerpo.
Dificultad para comer y tragar líquidos. Al mismo tiempo, todos los líquidos tienden a tomar una forma esférica, lo que dificulta mucho las cosas cotidianas. Incluso una secreción nasal común en gravedad cero puede ser una prueba muy difícil para el cuerpo debido al hecho de que la flema no se elimina por gravedad, sino que forma gotas esféricas.
Para mantener el tono requerido, los astronautas entrenan constantemente durante varias horas al día. Al irse a dormir, se atan con correas especiales para no lastimarse durante el sueño.
Para alimentar a los astronautas se han desarrollado alimentos especiales en tubos y pan que no se desmorona.
Antes de experimentar la ingravidez durante mucho tiempo, una persona debe sentir su efecto en el suelo para descubrir cómo le afectará la ausencia de gravedad en el futuro.
