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No avião de gravidade zero ou cometa de vômito, por que as coisas se comportam como se não houvesse gravidade quando está apenas caindo? – Austin B., 11, Scranton, Pennsylvania
Voei muitas vezes em voos de aviões de gravidade zero. Cada vez que ainda aprecio a sensação de flutuar livremente, a capacidade de voar através da cabine a partir de apenas um suave empurrão na parede, tal como os astronautas da Estação Espacial Internacional, e a novidade de rodar o corpo em qualquer direcção que escolha. A sensação é como a breve sensação em algumas montanhas-russas ou fora de uma prancha de mergulho, mas por perto de meio minuto e sem que o ar passe a correr por si – é divertido!
As pessoas sentem-se sem peso sem estarem em voos espaciais pode parecer uma contradição. Mas é possível, e as pessoas frequentemente escolhem fazer isso para recreação ou para pesquisa em um avião que está voando na atmosfera, não no espaço.
Eu sou um pesquisador em engenharia aeroespacial e estou interessado em como controlar e usar líquidos e gases em vôos espaciais. Exemplos disso são os propulsores de foguetes líquidos em naves espaciais ou a água em sistemas de suporte de vida em naves espaciais humanas.
Exemplos de gravidade em ação
Quando parado, você realmente experimenta a força que chamamos de gravidade quando você sente a Terra nos puxar em direção ao seu centro. A gravidade puxa-nos para baixo, e o chão empurra-nos para cima nos pés. Se a gravidade desaparecesse, você poderia empurrar para fora do chão e flutuar para longe, nunca retornando ao chão a menos que você encontrasse um teto para empurrar para fora novamente. Você parece flutuar como alguém em um vôo de avião “vomit-comet” ou como um astronauta na Estação Espacial Internacional.
Você pode ter aprendido que a estação espacial orbita a Terra porque a força da gravidade sobre ela é equilibrada pela força lateral causada pela trajetória circular do vôo. Esta força é chamada de força centrífuga, a mesma que você sente ao virar em um carro, trem, passeio de parque de diversões ou similar.
Aéreas voam mais perto da superfície terrestre, portanto a gravidade é um pouco mais forte para o avião do que a Estação Espacial Internacional. Mas claramente a força da gravidade causada pela Terra existe na estação espacial e no vomit-comet, no entanto os astronautas na estação espacial e os investigadores ou turistas no vomit-comet parecem que não há gravidade. Porque?
Eu voei nos voos vomit-comet com experiências científicas e estudantes da Universidade Purdue, e de facto, a experiência parece que não há gravidade.
Cada vez que voo, a gravidade puxa o avião para o chão para a aterragem na pista. Portanto, sabemos que a gravidade deve estar presente, e ainda assim as pessoas parecem e sentem como se não houvesse gravidade durante parte do voo de vômito-comet.
Estes vôos de pesquisa são normalmente cheios de pesquisadores qualificados que ganharam um grau avançado, no meu caso um Ph.D.
Como a falta de peso em um avião acontece
Um evento diário pode ajudá-lo a entender como a gravidade aparentemente está presente e ausente ao mesmo tempo. Quando você dirige em um carro que vira para a esquerda, você se sente empurrado para a direita. Você pode até sentir-se empurrado contra o lado direito do interior do carro, e a porta empurra de volta para cima de você. Virar na direção em que o carro está viajando também muda o que chamamos de velocidade do carro.
Velocidade abrange tanto a velocidade do carro como a direcção em que viaja. Mudar a direcção parece-lhe uma gravidade lateral. Mudar a velocidade, tal como uma paragem repentina, parece-se com a gravidade para si. Os elevadores começam e param por um momento, como se houvesse mais ou menos gravidade. Estas mudanças na velocidade são chamadas acelerações. A aceleração tem uma quantidade e direcção, tal como a velocidade, e ambos são exemplos de vectores. Outro vector é a força, e um exemplo é a gravidade, que nos puxa para baixo até à superfície da Terra.
Você já experimentou que a aceleração sente o mesmo que a gravidade sente. Suponha que poderia encontrar uma forma de criar uma aceleração “anti-gravidade”: ou seja, uma aceleração atuando na direção correta e na quantidade correta para cancelar a gravidade. Isto é possível?
A resposta é sim – isto é o que acontece num voo de vómito-cómetro e numa órbita.
A forma da trajectória de voo de vómito-cómetro chama-se uma parábola. Os pilotos conseguem isto voando para cima num ângulo de cerca de 45 graus e depois nivelam e mergulham a cerca de 45 graus, o que cria a aceleração necessária para cancelar a gravidade. A velocidade máxima para o avião e a rapidez com que o avião pode puxar para cima antes e depois de uma parábola determinam quanto tempo esta aceleração pode durar, cerca de 25 segundos.
Gravidade puxa-nos para baixo, e ao acelerar para baixo da forma correcta numa aeronave ou nave espacial, podemos sentir que estamos em gravidade zero. O termo físico correto é ausência de gravidade, mas gravidade zero é um termo descritivo que também descreve a sensação, portanto, mesmo no mundo da pesquisa aeroespacial e na NASA, “gravidade zero” é o termo comum usado com mais freqüência por especialistas.
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