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Negli aerei a gravità zero o nella cometa del vomito, perché la roba si comporta come se non ci fosse gravità quando sta solo cadendo? – Austin B., 11, Scranton, Pennsylvania
Ho volato molte volte su aerei a gravità zero. Ogni volta mi piace ancora la sensazione di fluttuare libero, la capacità di volare attraverso la cabina con una sola leggera spinta sulla parete, proprio come gli astronauti nella Stazione Spaziale Internazionale, e la novità di ruotare il tuo corpo in qualsiasi direzione tu scelga. La sensazione è come quella che si prova su alcune montagne russe o da un trampolino, ma per quasi mezzo minuto e senza l’aria che ti passa davanti – è divertente!
La sensazione di assenza di peso senza essere in volo nello spazio potrebbe sembrare una contraddizione. Ma è possibile, e la gente spesso sceglie di farlo per svago o per ricerca in un aereo che vola nell’atmosfera, non nello spazio.
Sono un ricercatore in ingegneria aerospaziale e sono interessato a come controllare e utilizzare liquidi e gas nel volo spaziale. Esempi sono i propellenti liquidi per razzi nei veicoli spaziali o l’acqua nei sistemi di supporto vitale nei veicoli spaziali umani.
Esempi di gravità in azione
Quando si sta fermi, si sperimenta effettivamente la forza che chiamiamo gravità quando si sente la Terra tirarci verso il suo centro. La gravità ti tira verso il basso, e il pavimento spinge verso l’alto i tuoi piedi. Se la gravità scomparisse, potreste spingervi fuori dal pavimento e fluttuare via, senza mai tornare al pavimento a meno che non troviate un soffitto da cui spingere di nuovo. Sembrereste fluttuare in giro come qualcuno in un volo aereo “vomitocometrico” o un astronauta nella Stazione Spaziale Internazionale.
Avrai imparato che la stazione spaziale orbita intorno alla Terra perché la forza di gravità su di essa è bilanciata dalla forza laterale causata dal percorso di volo circolare. Questa forza è chiamata forza centrifuga, la stessa che si sente quando si gira in un’auto, in un treno, in un parco divertimenti o simili.
Gli aerei volano più vicino alla superficie terrestre, quindi la gravità è un po’ più forte per l’aereo che per la Stazione Spaziale Internazionale. Ma chiaramente la forza di gravità causata dalla Terra esiste alla stazione spaziale e alla vomitocometa, eppure gli astronauti nella stazione spaziale e i ricercatori o i turisti nella vomitocometa sembrano non avere gravità. Perché?
Ho volato nella vomit-comet con esperimenti scientifici e studenti della Purdue University, e in effetti, l’esperienza sembra come se non ci fosse gravità.
Tuttavia ogni volta che volo, la gravità tira l’aeroplano a terra per l’atterraggio sulla pista. Quindi, sappiamo che la gravità deve essere presente, eppure le persone sembrano e si sentono come se non ci fosse gravità durante una parte del volo vomitocometrico.
Questi voli di ricerca sono tipicamente pieni di ricercatori qualificati che hanno conseguito una laurea avanzata, nel mio caso un dottorato di ricerca.
Come avviene l’assenza di gravità in un aereo
Un evento quotidiano potrebbe aiutarvi a capire come apparentemente la gravità sia presente e assente allo stesso tempo. Quando viaggiate in una macchina che gira a sinistra, vi sentite spinti a destra. Potete anche sentirvi spinti contro il lato destro dell’interno dell’auto, e la porta vi spinge indietro. Girare nella direzione in cui viaggia l’auto cambia anche quella che chiamiamo la velocità dell’auto.
La velocità comprende sia la velocità dell’auto che la direzione in cui sta viaggiando. Cambiando la direzione si ha la sensazione di una gravità laterale. Cambiare la velocità, come un arresto improvviso, vi fa sentire la gravità in avanti. Gli ascensori che si avviano e si fermano hanno per un momento la sensazione che ci sia più o meno gravità. Questi cambiamenti di velocità sono chiamati accelerazioni. L’accelerazione ha una quantità e una direzione, proprio come la velocità, ed entrambi sono esempi di vettori. Un altro vettore è la forza, e un esempio è la gravità, che ci tira verso il basso sulla superficie terrestre.
Hai sperimentato che l’accelerazione è uguale alla gravità. Supponiamo che tu possa trovare un modo per creare un’accelerazione “antigravitazionale”: cioè un’accelerazione che agisca nella giusta direzione e nella giusta quantità per annullare la gravità. È possibile?
La risposta è sì – questo è ciò che accade in un volo vomitocometrico e in un’orbita.
La forma del percorso di volo vomitocometrico è chiamata parabola. I piloti la ottengono volando verso l’alto con un angolo di circa 45 gradi e poi si livellano e si immergono a circa 45 gradi, il che crea l’accelerazione necessaria per annullare la gravità. La velocità massima dell’aereo e la rapidità con cui l’aereo può alzarsi prima e dopo la parabola determinano la durata di questa accelerazione, circa 25 secondi.
La gravità ci tira giù, e accelerando verso il basso nel modo giusto in un aereo o in un veicolo spaziale, possiamo sentirci come se fossimo in assenza di gravità. Il termine fisico corretto è assenza di peso, ma gravità zero è un termine descrittivo che descrive anche la sensazione, quindi anche nel mondo della ricerca aerospaziale e nella NASA, “gravità zero” è il termine comune usato più spesso dagli esperti.
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