Ingravidesa

No s'ha de confondre amb microgravetat.
Amb quasi ingravidesa (en caiguda lliure a velocitat lenta), es formen gotes d'aigua en forma d'esferes. A velocitats més elevades, l'aire alenteix la caiguda lliure i les gotes s'aplanen en direcció a la caiguda.

La ingravidesa es refereix a un estat en què el pes[1] no és perceptible per a un cos. Llavors no pressiona sobre una base: no hi ha contraforça. L'estat de quasi ingravidesa s'anomena microgravitat.

Generalment, un cos està en un estat d'ingravidesa quan la gravetat el pot accelerar sense ser obstaculitzat per una força contrària. Hi ha aquestes condicions en una bona aproximació en caiguda lliure (per exemple en una torre de caiguda), quan no hi ha vol a l'espai o durant un vol parabòlic. La ingravidesa afecta totes les parts del cos accelerat sense obstacles per igual. Per tant, un objecte que és alliberat per un astronauta a la ISS flota lliurement al seu costat a l'espai: la ISS, l'astronauta i l'objecte experimenten pràcticament la mateixa acceleració en el seu camp gravitatori quan "cauen" lliurement al voltant de la Terra.

La ingravidesa completa només seria possible en un camp gravitatori espacial de forma constant que no existeix. Per tant, el cos no està sotmès al mateix efecte gravitatori a totes les seves parts, cosa que es nota en caiguda lliure com a força de marea o microgravitat.

EstudiModifica

 
Anàlisi de la velocitat d'escapament d'Newton. Va pensar experimentar en disparar una bala de canó horitzontal, que és finalment sense pes giraria a una velocitat prou alta inicial a la Terra (C, D).

L'efecte de la gravetat a la terra es mostra, per exemple, pel fet que una poma cau de l'arbre al terra o que som pressionats el sòl amb el nostre pes. El pes afecta a tot el cos i a totes les parts, es mostra com a volum. El que sentim com a pesadesa i normalment ho equiparem amb la gravetat es basa en el fet que el sòl exerceix una força contrària des de baix. Tanmateix, això no funciona de manera uniforme a totes les parts del nostre cos, sinó més fortament als nostres peus, que han de portar tot el nostre pes, molt més feble al coll, que només porta el cap. Per això el nostre cos es comprimeix una mica.

La manera més senzilla d'aconseguir ingravidesa, almenys per un temps limitat, és la caiguda lliure. Per a una caiguda completament lliure, la influència de frenada de l'aire s'ha de desactivar, que aconsegueix en les torres de caiguda evacuades.

Tots els cossos llançats vertical, obliqua o horitzontalment o, generalment, tots els cossos sobre un tir parabòlic no tenen pes (sense cap força addicional, especialment sense fricció de l'aire). En els anomenats vols parabòlics, s'aconsegueixen fins a 90 segons d’ingravidesa durant els quals la fricció de l'aire a l'avió es compensa amb l'empenta dels motors o les maniobres de vol adequades. Els vols parabòlics originalment estaven destinats a l'entrenament d'ingravidesa per als astronautes, però ara s'utilitzen principalment per a experiments científics en microgravitat (per exemple, ciència de materials o biologia cel·lular) i per provar tecnologies espacials.[2] Hi ha vols parabòlics comercials a diferents països.

Exemples d'ingravidesa aproximada en la vida quotidianaModifica

  • En saltar en un trampolí a 1,5 metres d'alçada, es pot experimentar la sensació de ingravidesa durant més d'un segon.
  • Si una embarcació es llança a uns pocs metres, els objectes que hi ha al seu interior es comporten sense pes els uns amb els altres. Exemples: una ampolla d'aigua de plàstic gran i buida amb alguns fruits secs o bales de vidre; un cub enganxat de plexiglàs amb objectes al seu interior; un globus de vidre amb aigua, que s'agita vigorosament de manera que pugueu observar les bombolles d'aire mentre es tira.[3]
  • Fins i tot quan se salta en una torre o en un pònting, el cos del saltador se sent ingràvid (fins i tot només per uns segons) fins que es toca la superfície de l'aigua o la corda de goma es tensa. Quan se salta des d'una gran alçada, per exemple amb un paracaigudes, la sensació d'ingravidesa s'acaba al cap d'uns segons, ja que la resistència a l'aire es percep clarament.
  • La ingravidesa zero de segon també es pot experimentar en diverses atraccions a parcs d'atraccions, especialment muntanyes russes i torres de caiguda lliure. A l'argot de fanàtics s'anomena temps d'aire allà.

Les simulacions subaquàtiques, com les que s'utilitzen per entrenar astronautes, no tenen ingravidesa o “falta de contraforça”: Només la gravetat és compensada amb la flotabilitat estàtica a l'aigua. L'astronauta flota en l'aigua, però la força contrària també actua sobre el seu cos des de l'exterior, com una força superficial. Per tant, no té la mateixa sensació en l'aigua que en caiguda lliure, sinó que se sent arrossegat per l'aigua.

Gravitat zero aproximada a l'òrbita terrestreModifica

 
Comparació d'aigua bullent amb gravetat normal (1 g, a l'esquerra) i amb microgravitat (dreta). La font de calor es troba a la secció inferior de la imatge.
 
Comparació d'una flama d'espelma encesa a la superfície de la terra (esquerra) i amb microgravitat (dreta).
 
Gotes en microgravetat

Fins ara, els viatgers espacials terrestres només han deixat les proximitats immediates de la Terra en algunes missions de l'Apollo-Moon. Tots els altres astronautes orbiten a uns 500 km sobre la superfície terrestre. En una òrbita terrestre baixa, típica per a viatges espacials tripulats, està constantment en condicions d'ingravidesa. Tot i que aproximadament el 90% de la gravetat de la Terra encara actua a l'alçada a la qual se sol ubicar una estació espacial, no és perceptible per als astronautes, precisament perquè la gravetat accelera totes les masses, inclosos els astronautes, de manera uniforme i no hi actuen altres forces. La ingravidesa que es pot aconseguir no és perfecta, els efectes de la gravetat encara es noten lleugerament:

  • La força del camp gravitatori terrestre no és homogeni, és a dir, disminueix una mil·lèsima per cada tres metres amb la distància cada vegada més gran des de la Terra (aquesta regla general s'aplica a l'àrea propera a la Terra fins a uns quants centenars de quilòmetres d'altura). Per tant, la diferència gravitatòria dins del volum de la nau espacial ja es troba en el rang mesurable.
  • La part més allunyada d'un cos en òrbita experimenta una força centrífuga més gran que la més propera.
  • En òrbita, l'atmosfera és molt prima, però encara hi ha aire allà, la resistència a l'aire fa que la nau es desacceleri a causa de la fricció. Això crea una força d'avanç en els viatgers espacials, ja que la frenada no es compensa amb un motor petit en marxa permanent, però només de manera intermitent.

La força de marea sobre un cos en la nau espacial, que és causada pels dos primers punts, s'allunya del terra si el cos està per sobre del centre de gravetat de la nau espacial, a la part restant de la nau espacial actua cap avall, cap al terra. A la llarga, tot cau a la paret superior o inferior de la nau espacial.

Efectes de la microgravitatModifica

La ingravidesa pot causar problemes en dispositius tècnics sensibles (especialment en aquells que tenen moltes parts mòbils). Els processos físics que depenen de l'efecte del pes dels cossos (com la convecció, vegeu, per exemple, amb espelmes o bullir amb aigua) no funcionen en la ingravidesa més que alguns dispositius quotidians, com ara dutxes, lavabos o vàters.

És per això que s'utilitzen instal·lacions sanitàries (com un lavabo amb sistema d'aspiració fecal) en les llançadores i estacions espacials especialment adaptades a la ingravidesa. A l'espai, la gent no beu de tasses o gots, sinó de tubs o tasses amb tapa i palles que es poden tancar.

En molts casos, el cos humà reacciona davant la síndrome d'adaptació a l'espai, que, com la cinetosi és causada per una confusió del sentit de l'equilibri.

A mesura que s'acostuma a la condició d'ingravidesa, desapareixen els símptomes característics de la malaltia de l'habitació (marejos, nàusees i vòmits). La ingravidesa a llarg termini (dos mesos o més) condueix a una adaptació del cos humà a l'indret (especialment notable en l'àrea de la columna vertebral i les cames): la massa òssia i muscular, així com la reducció del volum sanguini, que causa molts problemes de salut per als astronautes quan es preparen en tornar a la Terra. Per evitar-ho, els viatgers espacials en missions de llarga durada (en una cinta per córrer o un ergòmetre) han de contrarestar la resistència creada artificialment per la ingravidesa. El 2012, els estudis en astronautes també van mostrar canvis en el cervell i els ulls.[4][5][6]

Experiments de caiguda lliure en la ingravidesa (aproximat)Modifica

 
Temps d'ingravidesa en funció de l'altura de caiguda. Els valors es dupliquen, encara que l'ascens no tingui força.

La ingravidesa ofereix condicions especials de recerca. Per exemple, es pot observar millor la força adhesiva i les propietats de la tensió superficial. A la vida quotidiana, la seva interacció amb els líquids que cauen lliurement fa que una columna d'aigua (font, petita cascada) es deformi de forma de cadena, ja que la tensió superficial intenta formar gotes esfèriques, mentre que la cohesió intenta mantenir la columna d'aigua unida.

  • La torre de caiguda de Bremen de 146 metres permet una altura de caiguda de 110 m en un tub al buit amb un diàmetre de 3,5 m. Tot i això, amb aquesta gran alçada, el temps de caiguda és encara relativament curt, d'uns 4,7 segons. Els experiments es duen a terme en una càpsula de caiguda especialment dissenyada, que es frena al final de la secció de caiguda en un recipient de 8 m d'alçada ple de grànuls de poliestirè de gra fi. Allà, els "candidats a la prova" tenen una velocitat màxima de 167 km/h. Des del 2004, la torre també té una catapulta amb la qual es pot disparar la càpsula de caiguda. L'experiment experimenta aleshores la ingravidesa aproximadament 9,2 segons, ja que la pujada ja és una "caiguda lliure".[7]
  • L'ascensor Einstein de 40 metres d'altura de l'Institut de Tecnologia de Hannover (HITec) de la Universitat de Hannover té una distància de caiguda de 20 m d'ascens i descens lliure i permet fins a 100 proves per dia amb quatre segons d'ingravidesa.
  • Una "mini torre de caiguda" d'uns dos metres d'alçada permet una caiguda de 0,6 segons, cosa que és suficient per a l'observació i l'avaluació mitjançant un senyal de vídeo i un ordinador.
  • Una aplicació antiga de les torres de caiguda és la fabricació de perdigons. Es permet que el plom líquid plogui a través d'un tamís finíssim de plom fos a l'interior d'una torre de plom. Durant la caiguda lliure, les gotes de plom prenen la forma esfèrica rodona.

ReferènciesModifica

  1. La gravetat és de molt la part més gran del pes. També segueix sent eficaç "en la ingravidesa", com es pot veure a l'acceleració de la gravetat. Per tant, alguns autors consideren que el terme ingravidesa és extremadament enganyós i prefereixen la contraactivitat. Consulteu entre altres coses:Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer. Lehrbuch Der Experimentalphysik. Mechanik, Relativität, Wärme. Band 1, S. 162 f. (en alemany). de Gruyter, 1998. ISBN 3-11-012870-5 [Consulta: 9 gener 2020]. 
  2. Zellfunktionen bei Mikrogravitation, Uni Magdeburg
  3. Glasballon-Experiment in der Folge 11 „Menschen ohne Gewicht“ der Sendereihe Was sucht der Mensch im Weltraum? mit Heinz Haber.
  4. Schwerelosigkeit verändert Gehirn. Auf: orf.at. 13. März 2012, abgerufen am 31. Oktober 2014.
  5. Astronauts’ eyeballs deformed by long missions in space, study finds. Auf: guardian.co.uk. 13. März 2012, abgerufen am 31. Oktober 2014.
  6. Larry A. Kramer u. a.: Orbital and Intracranial Effects of Microgravity: Findings at 3-T MR Imaging. Auf: pubs.rsna.org. Juni 2012, abgerufen am 31. Oktober 2014.
  7. Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ingravidesa
Vegeu Ingravidesa en el Viccionari, el diccionari lliure.