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Dans les avions à gravité zéro ou la comète à vomir, pourquoi les choses se comportent-elles comme s’il n’y avait pas de gravité alors qu’elles ne font que tomber ? – Austin B., 11 ans, Scranton, Pennsylvanie
J’ai volé plusieurs fois en avion en gravité zéro. À chaque fois, j’apprécie toujours autant la sensation de flotter librement, la possibilité de voler à travers la cabine d’une simple pression légère sur la paroi, tout comme les astronautes de la Station spatiale internationale, et la nouveauté de faire tourner son corps dans la direction de son choix. La sensation ressemble à la brève sensation que l’on éprouve sur certaines montagnes russes ou au large d’un plongeoir, mais pendant près d’une demi-minute et sans que l’air ne s’engouffre devant vous – c’est amusant !
Les personnes qui ressentent l’apesanteur sans être en vol spatial peuvent sembler une contradiction. Mais c’est possible, et les gens choisissent fréquemment de le faire pour le loisir ou pour la recherche dans un avion qui vole dans l’atmosphère, pas dans l’espace.
Je suis chercheur en ingénierie aérospatiale et je m’intéresse à la façon de contrôler et d’utiliser les liquides et les gaz dans les vols spatiaux. Les exemples sont les propergols liquides des fusées dans les vaisseaux spatiaux ou l’eau dans les systèmes de survie des vaisseaux spatiaux humains.
Exemples de la gravité en action
Lorsque vous êtes immobile, vous faites réellement l’expérience de la force que nous appelons gravité lorsque vous sentez que la Terre nous tire vers son centre. La gravité vous tire vers le bas, et le sol pousse vers le haut sur vos pieds. Si la gravité disparaissait, vous pourriez vous détacher du sol et flotter, sans jamais revenir au sol, à moins que vous ne trouviez un plafond sur lequel vous pourriez à nouveau vous appuyer. Vous auriez l’air de flotter comme quelqu’un dans un vol d’avion « vomit-comet » ou un astronaute dans la station spatiale internationale.
Vous avez peut-être appris que la station spatiale tourne autour de la Terre parce que la force de gravité sur elle est équilibrée par la force latérale causée par la trajectoire de vol circulaire. Cette force est appelée force centrifuge, la même que celle que vous ressentez lorsque vous tournez dans une voiture, un train, un manège de parc d’attractions ou autre.
Les avions volent plus près de la surface de la Terre, donc la gravité est un peu plus forte pour l’avion que pour la station spatiale internationale. Mais il est clair que la force de gravité causée par la Terre existe à la station spatiale et au vomit-comet, pourtant les astronautes dans la station spatiale et les chercheurs ou les touristes dans le vomit-comet ont l’air de ne pas avoir de gravité. Pourquoi ?
J’ai volé dans les vols du vomit-comet avec des expériences scientifiques et des étudiants de l’Université Purdue, et en effet, l’expérience donne l’impression qu’il n’y a pas de gravité.
Pourtant, chaque fois que je vole, la gravité tire l’avion vers le sol pour l’atterrissage sur la piste. Par conséquent, nous savons que la gravité doit être présente, et pourtant les gens ont l’air et ont l’impression qu’il n’y a pas de gravité pendant une partie du vol de vomi-comet.
Ces vols de recherche sont généralement remplis de chercheurs qualifiés qui ont obtenu un diplôme avancé, dans mon cas un doctorat.
Comment l’apesanteur dans un avion se produit
Un événement quotidien pourrait vous aider à comprendre comment apparemment la gravité est à la fois présente et absente en même temps. Lorsque vous roulez dans une voiture qui tourne à gauche, vous vous sentez poussé vers la droite. Vous pouvez même vous sentir poussé contre le côté droit de l’habitacle de la voiture, et la portière vous repousse. Le fait de tourner dans le sens de la marche de la voiture modifie également ce que l’on appelle la vitesse de la voiture.
La vélocité englobe à la fois la vitesse de la voiture et la direction dans laquelle elle se déplace. Changer la direction vous donne l’impression d’une gravité latérale. Changer la vitesse, comme un arrêt soudain, c’est comme une gravité vers l’avant pour vous. Les ascenseurs qui démarrent et s’arrêtent donnent l’impression, pendant un moment, que la gravité est plus ou moins forte. Ces changements de vitesse sont appelés accélérations. L’accélération a une quantité et une direction, tout comme la vitesse, et toutes deux sont des exemples de vecteurs. Un autre vecteur est la force, et un exemple est la gravité, qui nous attire vers la surface de la Terre.
Vous avez expérimenté que l’accélération ressent la même chose que la gravité. Supposez que vous puissiez trouver un moyen de créer une accélération « anti-gravité » : c’est-à-dire une accélération agissant dans la bonne direction et dans la bonne quantité pour annuler la gravité. Est-ce possible ?
La réponse est oui – c’est ce qui se passe lors d’un vol en vomit-comet et sur une orbite.
La forme de la trajectoire de vol en vomit-comet est appelée une parabole. Les pilotes y parviennent en volant vers le haut à un angle d’environ 45 degrés, puis ils se stabilisent et plongent à environ 45 degrés, ce qui crée l’accélération nécessaire pour annuler la gravité. La vitesse maximale de l’avion et la rapidité avec laquelle il peut se redresser avant et après une parabole déterminent la durée de cette accélération, environ 25 secondes.
La gravité tire sur nous, et en accélérant vers le bas de la bonne manière dans un avion ou un vaisseau spatial, nous pouvons avoir l’impression d’être en apesanteur. Le terme physique correct est l’apesanteur, mais l’apesanteur est un terme descriptif qui décrit aussi la sensation, donc même dans le monde de la recherche aérospatiale et à la NASA, « apesanteur » est le terme commun utilisé le plus souvent par les experts.
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