Divulgación Gravedad cero ISS

[natanael]

¿Alguien sabe si en la Estación Espacial Internacional la gravedad es cero?

[Richard R Richard]

A la altura de la orbita la ISS unos 420 km sobre la superficie de la Tierra la gravedad no es cero,

La ISS esta continuamente caída libre pero a la vez se mueve a 27600km/h,sobre una órbita elíptica, lo que produce una fuerza centrípeta muy similar a su peso, por lo tanto cualquier objeto en el interior de la nave presenta aceleración relativa despreciable respeto de la estación, y podría asociarse con decirse que esta ingrávido.

[Alriga]

Hola natanael , por ampliar algo la explicación de Richard, recuerda que la intensidad del campo gravitatorio terrestre (aceleración de la gravedad terrestre) se calcula con la Ley de Newton mediante:

$g(r)=G \dfrac M{r^2}$

$G=6.6743\cdot 10^{-11}$ constante de gravitación universal en unidades del SI

$M=5.972\cdot 10^{24}$ kg es la masa de la Tierra

R = 6378 km es radio de la Tierra

Por lo tanto, la intensidad del campo gravitatorio en la superficie de la Tierra es

$g(R)=9.82 \ m/s^2$

Si la ISS vuela a una altura media de h ~ 429 km, repitiendo el cálculo:

$g(R+h)=G \dfrac M{(r+h)^2}=8.62 \ m/s^2$

Observa que el descenso de intensidad de la gravedad a 429 km de altura respecto a la superficie es de tan solo un 12%

Cuando un astronauta de la ISS saca un bolígrafo del bolsillo de su camisa y lo suelta delante de él, y el bolígrafo “se queda flotando”, ello no sucede porque la ISS esté fuera del campo gravitatorio terrestre, pues acabamos de ver que no lo está. Sucede porque la ISS el astronauta y el bolígrafo están en caída libre, todos con la misma aceleración.

Es exactamente el mismo fenómeno que se daría si entrases en un ascensor situado muy alto y cortasen el cable. Mientras estuvieses cayendo también podrías sacarte un bolígrafo del bolsillo, soltarlo delante de ti y éste permanecería aparentemente “flotando”.

Saludos.

[Jaime Rudas]

Si la ISS vuela a una altura media de h ~ 429 km, repitiendo el cálculo:

$g(R+h)=G \dfrac M{(r+h)^2}=8.62 \ m/s^2$

Observa que el descenso de intensidad de la gravedad a 429 km de altura respecto a la superficie es de tan solo un 12%

Cuando un astronauta de la ISS saca un bolígrafo del bolsillo de su camisa y lo suelta delante de él, y el bolígrafo “se queda flotando”, ello no sucede porque la ISS esté fuera del campo gravitatorio terrestre, pues acabamos de ver que no lo está. Sucede porque la ISS el astronauta y el bolígrafo están en caída libre, todos con la misma aceleración.

A este respecto, siempre me ha llamado la atención que se diga que en la ISS hay microgravedad (aquí, por ejemplo).

[Alriga]

A este respecto, siempre me ha llamado la atención que se diga que en la ISS hay microgravedad (aquí, por ejemplo).

Resumido de la Wikipedia en inglés: Los objetos en órbita no son perfectamente ingrávidos debido a varios efectos:

Efectos que dependen de la posición relativa en la nave espacial:

• Dado que la fuerza de la gravedad disminuye con la distancia, los objetos de tamaño distinto a cero estarán sometidos a una fuerza de marea, o a una atracción diferencial, entre los extremos del objeto más cercano y más lejano a la Tierra. (Una versión extrema de este efecto es la espaguetización). A 400 km de altitud en una nave espacial en una órbita terrestre baja (LEO), el diferencial global de la fuerza g es de aproximadamente 0,384 μg/m.
• La gravedad entre la nave espacial y un objeto dentro de ella puede hacer que el objeto "caiga" lentamente hacia una parte más masiva de la misma. La aceleración es de 0,007 μg para 1000 kg a 1 m de distancia.

Efectos uniformes (que podrían compensarse):

• Aunque extremadamente delgado, hay algo de aire en las altitudes orbitales de 185 a 1.000 km. Esta atmósfera provoca una desaceleración minúscula debido a la fricción. Esto podría compensarse con un pequeño empuje continuo, pero en la práctica la desaceleración sólo se compensa de vez en cuando, por lo que la minúscula fuerza g de este efecto no se elimina.
• Los efectos del viento solar y de la presión de la radiación son similares, pero dirigidos hacia fuera del Sol. A diferencia del efecto de la atmósfera, no se reduce con la altitud.

Fuente: Tidal and inertial acceleration

Saludos.

[Richard R Richard]

Interesante .Te doy mi parecer.
El centro de masa(o el de gravedad si se prefiere) de la ISS es el que se encuentra a una altura h, pero el resto de los objeto que flotan en el interior ,a una altura distinta de h , siguen una trayectoria elíptica diferente, si el periodo es de 92 minutos en la mitad habrán alcanzado su máxima desviación, es decir los verás moverse muy lentamente, de forma cíclica, esa es la razón por la que la gravedad no deja de tener microefectos. En naves pequeñas el efecto es casi nulo ,pero la ISS tiene 50m entre extremos y el CM. Seguramente el efecto es millones de veces menor que la gravedad, por eso lo de micro.. Para checar solo basta que afinemos precisión en los datos de entrada, sumar una distancia promedio digamos 25 m y ver en qué orden encontramos el primer dígito con diferencia numérica.
Por otro lado la conservación del momento angular, tiene que hacer rotar de dirección al eje de giro de objetos cuyo eje no sea paralelo a la normal del plano de la órbita.Si la ISS no estuviera dotada de un movimiento de giro sincrónico con su periodo órbital , la tierra rotaría vista desde sus ventanas, sin embargo siempre se muestra la misma posición relativa se la tierra en cada punto de la trayectoria.

PD editado leyendo la respuesta de Alriga , me llama la atención que digan que son efectos gravitatorios cuando son efectos de arrastre aerodinámicos y de presión de radiación.

[Richard R Richard]

tomando el radio terrestre medio 6371km la altura de la ISS 420km y solo un diferencial de altura respecto del CM de 10 m el ratio $\dfrac{(R_T+h)^2}{(R_T+h+d)^2}$ difiere de la unidad en la sexta cifra significativa, osea hay una aceleración en el de 1000000 menor que la gravedad.
Ttomando la aceleración relativa como la mitad de su valor entre un máximo 1 e-6 y el mínimo 0 durante 46 minutos, usando cinemática simple los objetos en la ISS oscilan 5 m, es decir es apreciable el movimiento como si sucediese en cámara lenta.

[natanael]

En todas partes que explican el fenómeno de la microgravedad no hablan de esos efectos... Según entiendo microgravedad es el estado (combinado) físico de un objeto que está en un campo gravitatorio pero a su vez con una velocidad tal que evita una eventualidad futura como el choque de ambos objetos. Osea microgravedad no es porque hayan efectos como los que mensionan como la oscilación de los 5m, la fuerza por la fricción con la atmósfera o alguna otra debida a la configuración asimétrica de masas en la localidad del objeto que experimenta la microgravedad.

Siendo directo, y lo que entiendo es que, aunque la palabra microgravedad alude a que aún quedan efectos gravitatorios de orden micro, el termino microgravedad solo aplica a dicho efecto combinado de estar en un campo G + velocidad.

Hasta se podría decir que en un sistema de dos masas puntuales en régimen clasico ambos cuerpos están microgravedad sin haber efectos como los 5m, fricción o masas asimétricas ya que es ideal el sistema... Aún así estarían en microgravedad.

[Richard R Richard]

Previo paso a dar.critica constructiva o no a las fuentes que has leído o a la interpretación que le has dado .Me gustaría hecharle un vistazo.a algunas ya que por como enuncias interpreto son varias, por favor indícanos los links a páginas no comerciales. Gracias.

Osea microgravedad no es porque hayan efectos como los que mensionan como la oscilación de los 5m, la fuerza por la fricción con la atmósfera o alguna otra debida a la configuración asimétrica de masas en la localidad del objeto que experimenta la microgravedad.

Siendo directo, y lo que entiendo es que, aunque la palabra microgravedad alude a que aún quedan efectos gravitatorios de orden micro, el termino microgravedad solo aplica a dicho efecto combinado de estar en un campo G + velocidad.

Siendo directo, si no fuera porque has empezado el hilo haciendo una pregunta, diria que en esta nueva intervención que estas intentando convencernos de algo falso sin presentar pruebas, no estas considerando otras situaciones donde hay G + velocidad, y precisamente el efecto no es micro gravedad, ejemplos

• Voy de mi casa al trabajo con el coche que no desliza a la fuerza de rozamiento gracias a G y voy a 100 km/h de velocidad, si suelto algo en el habitaculo cae inmediatamente, no hay micro gravedad.
• Si me lanzo en caída libre en el aire alcanzo velocidad terminal de 200 km/h y siento la gravedad.
• lanzando en caída libre objetos desde distinta altura y la misma velocidad ,adquieren todos distinta trayectoria, sucede tanto en micro o macro gravedad.

Diría que estas confundiendo micro gravedad, con la diferencia de aceleraciones entre la gravedad y la centrípeta de un movimiento circular uniforme.

[natanael]

https://es.m.wikipedia.org/wiki/Microgravedad

En la 1ra referencia,

http://www.jamesoberg.com/myth.html

donde aparace el termino microgravedad se habla exactamente sobre lo que expones en tu primer mensaje o el siguiente de Alriga, esa parece ser la definicion ambigua de microgravedad. Por otro lado el de la wikipedia da a entender que microgravedad indica que las fuerzas G no son absolutamente cero... y por su referencia se entiende que aunque este en ingravidez debido a la velocidad, la gravedad debido a una masa no es cero. No de deja claro si eso es microgravedad pero la explicacion en torno a ella da a entender como que si.

En ningun lado se habla de esos efectos gravitatorios mas complejos como el de los 5m, la friccion o las debidas a masas asimetricas en relacion con la microgravedad.

Segundo resultado de google, mas contundente:

https://elseptimocielo.fundaciondesc...microgravedad/

como ves no se habla nada de los efectos que mencionastes en tus siguientes mensajes.

Un short de youtube:
https://m.youtube.com/watch?v=z08kOfr50V8

Uno mas largo:
https://m.youtube.com/watch?v=_LMHRaaW3hY&t=662s

etc.. hay otros como xataka

https://www.google.com/amp/s/www.xat...er-ciencia/amp

etc, etc..

en ninguno de ellos se mensionan los otros efectos como los 5m, friccion etc... en relacion con la microgravedad.


En las situaciones que mensionaste, el coche, la velocidad terminal, etc, no hay microgravedad, por eso dije en el mensaje anterior que seria como un estado G + velocidad pero que evite una eventualidad futura como el choque de ambos objetos, cosa que ocurre en las situaciones que planteaste.

[Richard R Richard]

Traducido de alguna fuente fiable como Arxiv https://arxiv.org/pdf/physics/0506100.pdf

Do we really need the weight force?

Como se mencionó, el término microgravedad se usa generalmente en lugar de peso como se mencionó, el término microgravedad se usa generalmente en lugar de ingravidez para referirse al ambiente dentro de naves espaciales en órbita.

El uso del término microgravedad sin especificar su significado exacto puede fortalecer la conceptos erróneos asociados con el peso y la fuerza de gravedad porque el término "micro" podría llevar a la idea esa aceleración debida a la gravedad es muy pequeña debido a la distancia desde la Tierra.

Al contrario, la aceleración de la gravedad debido a la interacción gravitacional de la Tierra es de alrededor de 8,4 m s^- 2 a 400 km de altitud (88,8% de su valor en la superficie de la Tierra). Incluso su valor a la distancia de la órbita de la Luna es 2,63 × 10−3 m s − 2, aunque en estas regiones la aceleración debida a la gravedad del Sol es casi el doble de este valor (≈ 5,8 × 10−3 m s^−2). de la Tierra Verdadera

La microgravedad, g ≃ 1 × 10−5 m s^2−2, solo se puede experimentar en lugares alejados de la Tierra hasta casi 17 veces la distancia Tierra-Luna.

Los científicos utilizan el término microgravedad para caracterizar la aceleración residual experimentada por los cuerpos en el interior de la nave espacial como consecuencia de las fuerzas entre los cuerpos dentro de la nave espacial, el cuerpo y la nave espacial, las fuerzas de marea gravitacionales y la fuerza de arrastre de la atmósfera. . Estas fuerzas inducen en los cuerpos una aceleración de intensidades de algunos μm s^−2, dando lugar al uso del término “microgravedad”. Para las naves espaciales sin tripulación en caída libre cerca de la Tierra, es posible obtener 1 μg; para misiones tripuladas es difícil alcanzar menos de 100 μg .

Las principales razones son:

i) la morfología de la Tierra induce variaciones gravitacionales locales;
ii) los efectos gravitacionales de los otros cuerpos celestes,especialmente la Luna y el Sol, que dependen de suposición relativa a la Tierra;
iii) la aceleración debida a la gravedad disminuye una parte por millón por cada 3 m de aumento de altitud (en una nave espacial en órbita, la fuerza centrípeta requerida y, por lo tanto, la aceleración debida a la gravedad es mayor en el lado lejano que en el lado más cercano de la nave relativamente a la Tierra);
iv) aunque muy delgada, por ejemplo a 400 km de altitud, la atmósfera ralentiza gradualmente la nave espacial

Por oro lado he dado un vistazo a los links que propones, alguna fuente de wikipedia, pero me pregunto si los has leido y podido sacar conclusiones similares a lo expuesto mas arriba. Yo no veo controversia alguna, solo dinos en que crees hemos fallado en la explicación, o si algo de lo descripto no lo ves claro, que intentaremos dar mas detalle.

[natanael]

I love. por el link...

aunque:

Yo no veo controversia alguna,

jejeje, la propia cita de arxiv se presenta como una controversia sobre el uso del termino microgravedad, luego aclara lo que es y donde se usa el termino.

Aunque no tiene referencia sobre lo que dice, me conformo porque viene de arxiv.

Si lees las paginas te daras cuenta que todas incitan o caen en el error de asociar el término "micro" a la idea esa que la aceleración debida a la gravedad es muy pequeña debido a la distancia desde la Tierra.

[Richard R Richard]

jejeje, la propia cita de arxiv se presenta como una controversia sobre el uso del termino microgravedad, luego aclara lo que es y donde se usa el termino.

Hola una vez lees el significado de microgravedad, no hay controversia, y si a algún lector le crea dudas es porque el divulgador, no esta haciendo muy bien su tarea.

Aunque no tiene referencia sobre lo que dice, me conformo porque viene de arxiv.

como no?... en Acknowledgments ... hace referencia a la gente que ha consultado para hacer el paper.

Si lees las paginas te daras cuenta que todas incitan o caen en el error de asociar el término "micro" a la idea esa que la aceleración debida a la gravedad es muy pequeña debido a la distancia desde la Tierra.

Veamos pongamos lo en claro, microgravedad "no significa que la gravedad creada por la masa de la tierra en el punto de análisis sea 1000000 de veces menor que la gravedad sobre la superficie terrestre",.y dar como única causa el hecho de haberse elevado hasta la distancia $h$ respecto de la superficie,por otro lado para que eso suceda hay que despalzarse mucho mas lejos que 420km

$g(h)=\dfrac{g(R_T)}{1000000}=\dfrac{9.81}{1000000}=\dfrac{GM_T}{(R_T+h)^2}$

de donde despejando $h$ se ve que $h=\notcien {6.364}{9}m\cong999 R_T \cong 16.5 D_{TL}$ esto es hay que esta a casi 1000 radios terrestre de distancia o 16.5 veces la distancia de la tierra a la luna...


La definición de microgravedad ya la tenemos,

según mi criterio, que no es mas que un dato anecdótico debería indicarse como una micro-aceleración en vez de microgravedad,


Se observa que los objetos en el interior de la ISS no mantienen su posición debido a una aceleración relativa residual, la deducción de esto se hace por medio de la aplicación de la segunda ley de Newton en marcos de referencia inerciales tanto a la estación espacial como a los objetos en el interior.

para la nave $\dst\sum \vec F=m_{ISS}\vec aR_{ISS}$

si desarrollamos los términos del lado izquierdo tenemos

$m_{ISS}\vec g(CM_{ISS})-m_{ISS} \dfrac{v^2}{R_T +h}\hat N-\vec F_{ad}-\vec F_{RS}-\pm m_{ISS}\Delta \vec g(La,Ln)-m_{ISS}(\vec g{S}+\vec g{M})=m_{ISS}\vec aR_{ISS}$

donde

$\vec g(CM_{ISS})=\dfrac{GM_T}{(R_T+h)^{\frac{5}{2}}} \vec{ R_T+h}$, es la gravedad terrestre a la altura h respecto de la superficie terrestre

$\dfrac{v^2}{R_T +h}\hat N$ es aproximación a la fuerza centrípeta debida solo a la velocidad perpendicular de la ISS.

$F_{ad}$ es la fuerza de arrastre dinámico debido a la presencia de restos de atmósfera a la altura de 420km $F_{ad}=\frac 12 C_d Av^2$ depende del área A expuesta y del coeficiente de arrastre que depende de la forma de la ISS.

$F_{RS}$ es la fuerza que le aportan las partículas del viento solar y la presión de radiación sobre el área de la ISS $F_{RS}=p_{RS}A$

$\Delta \vec g(La,Ln)$ las variaciones de la gravedad terrestre en función de la latitud y longitud.

$\vec g{S}$ aceleración debida a la atracción gravitatoria del sol (Sun)

$\vec g{M}$ aceleración debida a la atracción gravitatoria dela luna (Moon)

$aR_{ISS}$ es la aceleración residual de la ISS respecto de un objeto en caída libre ideal (Trayectoria eliptica pura) .

por otro lado los objetos del interior de la nave están sujetos a otras fuerzas.

$\dst\sum \vec F=m_{ISS}\vec aR_{O}$

$m_{O}\vec g(CM_{ISS}+h(O))-m_{ISS} \dfrac{v^2}{R_T +h+h(O)}\hat N-\vec F_{O}\pm m_{O}\Delta \vec g(La,Ln)-m_{O}(\vec g{S}+\vec g{M})=m_{O}\vec aR_{O}$

donde $F(O)$ es el arrastre del aire interior sobre el objeto, solo hay que considerarlo si hay presión en el interior.

como hay diferentes factores que afectan en mas o en menos a las aceleraciones residuales del objeto y la ISS , se puede ver que los objetos en el interior tienen una aceleración distinta al ambiente que lo rodea es decir la ISS , se puede entonces analizar por que causas se mueven los objetos en el interior.

Resumiendo si calculas la diferencia de aceleraciones entre los objetos en el interior y la nave por el exterior, veras que esa aceleración si es del orden de $\notcien{1}{-6}g$ y las causas son la diferencia de posición de los objetos respecto del CM,
por varios efectos,

• por la gravedad propia de la ISS, (sto si es una acción directa de la gravedad de muy bajo orden de magnitud )
• por la excentricidad de la orbita
• por la variación de distancia las tres fuentes de gravedad tierra, sol y luna,
• el momento angular de rotación en el sistema de referencia.

luego también afecta el arrastre(fuerza de rozamiento) exterior e interior , la presión de radiación y el viento solar, ademas la leve variación de la gravedad terrestre en función de la latitud y longitud.

Esa aceleración relativa $\vec aR_{O} -\vec aR_{ISS}$ es el efecto de lo que se denomina normalmente microgravedad,