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En los aviones de gravedad cero o en el cometa del vómito, ¿por qué las cosas se comportan como si no hubiera gravedad cuando sólo están cayendo? – Austin B., 11 años, Scranton, Pennsylvania
He volado muchas veces en aviones de gravedad cero. Cada vez sigo disfrutando de la sensación de flotar libremente, de la capacidad de volar a través de la cabina con sólo un suave empujón en la pared, al igual que los astronautas en la Estación Espacial Internacional, y de la novedad de girar tu cuerpo en cualquier dirección que elijas. La sensación es como la que se experimenta brevemente en algunas montañas rusas o desde un trampolín, pero durante cerca de medio minuto y sin que el aire pase por delante de ti: ¡es divertido!
Sentir la ingravidez sin estar en un vuelo espacial puede parecer una contradicción. Pero es posible, y la gente frecuentemente elige hacerlo por recreación o por investigación en un avión que está volando en la atmósfera, no en el espacio.
Soy investigador en ingeniería aeroespacial y estoy interesado en cómo controlar y utilizar líquidos y gases en los vuelos espaciales. Algunos ejemplos son los propulsores líquidos de los cohetes en las naves espaciales o el agua en los sistemas de soporte vital en las naves espaciales humanas.
Ejemplos de la gravedad en acción
Cuando se está quieto, se experimenta realmente la fuerza que llamamos gravedad cuando se siente que la Tierra tira de nosotros hacia su centro. La gravedad tira de ti hacia abajo, y el suelo empuja tus pies hacia arriba. Si la gravedad desapareciera, podrías empujar desde el suelo y flotar, sin volver nunca al suelo a menos que encontraras un techo desde el que empujar de nuevo. Parecerías flotar como alguien en un vuelo de avión «con vómito» o como un astronauta en la Estación Espacial Internacional.
Habrás aprendido que la estación espacial orbita alrededor de la Tierra porque la fuerza de la gravedad sobre ella se equilibra con la fuerza lateral causada por la trayectoria de vuelo circular. Esta fuerza se llama fuerza centrífuga, la misma que se siente al girar en un coche, tren, atracción de parque de atracciones o similar.
Los aviones vuelan más cerca de la superficie de la Tierra, por lo que la gravedad es un poco más fuerte para el avión que para la Estación Espacial Internacional. Pero claramente la fuerza de gravedad causada por la Tierra existe en la estación espacial y en el vomitorio, sin embargo los astronautas en la estación espacial y los investigadores o turistas en el vomitorio parece que no hay gravedad. ¿Por qué?
He volado en los vuelos del vomit-comet con experimentos científicos y estudiantes de la Universidad de Purdue, y efectivamente, la experiencia se siente como si no hubiera gravedad.
Sin embargo, cada vez que vuelo, la gravedad tira del avión hacia el suelo para el aterrizaje en la pista. Por lo tanto, sabemos que la gravedad debe estar presente y, sin embargo, la gente parece y siente como si no hubiera gravedad durante parte del vuelo vomitando.
Estos vuelos de investigación suelen estar llenos de investigadores cualificados que han obtenido un título avanzado, en mi caso un doctorado.
Cómo se produce la ingravidez en un avión
Un hecho cotidiano podría ayudarte a entender cómo aparentemente la gravedad está presente y ausente al mismo tiempo. Cuando vas en un coche que gira hacia la izquierda, te sientes empujado hacia la derecha. Incluso puedes sentirte empujado contra el lado derecho del interior del coche, y la puerta te empuja hacia atrás. Al girar en la dirección en la que viaja el coche también cambia lo que llamamos la velocidad del coche.
La velocidad abarca tanto la velocidad del coche como la dirección en la que viaja. Cambiar la dirección se siente como una gravedad lateral para usted. Cambiar la velocidad, como una parada repentina, se siente como la gravedad hacia adelante para usted. Los ascensores que arrancan y se detienen se sienten por un momento como si hubiera más o menos gravedad. Estos cambios de velocidad se llaman aceleraciones. La aceleración tiene una cantidad y una dirección, al igual que la velocidad, y ambas son ejemplos de vectores. Otro vector es la fuerza, y un ejemplo es la gravedad, que nos atrae hacia la superficie de la Tierra.
Has experimentado que la aceleración se siente igual que la gravedad. Suponga que puede encontrar la manera de crear una aceleración «antigravitatoria»: es decir, una aceleración que actúe en la dirección y cantidad adecuadas para anular la gravedad. ¿Es esto posible?
La respuesta es sí: esto es lo que ocurre en un vuelo de vómito-cometa y en una órbita.
La forma de la trayectoria de vuelo de vómito-cometa se llama parábola. Los pilotos la consiguen volando hacia arriba en un ángulo de unos 45 grados y luego se nivelan y se sumergen en unos 45 grados, lo que crea la aceleración necesaria para anular la gravedad. La velocidad máxima del avión y la rapidez con la que el avión puede subir antes y después de la parábola determinan el tiempo que puede durar esta aceleración, unos 25 segundos.
La gravedad tira de nosotros hacia abajo, y al acelerar hacia abajo de la manera correcta en un avión o nave espacial, podemos sentir que estamos en gravedad cero. El término físico correcto es ingravidez, pero gravedad cero es un término descriptivo que también describe la sensación, por lo que incluso en el mundo de la investigación aeroespacial y en la NASA, «gravedad cero» es el término común más utilizado por los expertos.
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