La ingravidez es un estado en el que no hay fuerza de interacción entre un cuerpo y un soporte o suspensión ( peso corporal ), que surge en relación con la atracción gravitatoria o la acción de otras fuerzas de masa (en particular, la fuerza de inercia que surge del acelerado movimiento del cuerpo).
A veces se utiliza el término microgravedad como sinónimo del nombre de este fenómeno , lo cual es incorrecto (parece que la gravedad está ausente o es insignificantemente pequeña).
El estado de ingravidez se produce cuando las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo son únicamente de masa (fuerzas gravitatorias), el campo de estas fuerzas de masa es localmente homogéneo, es decir, el campo de fuerzas imparte a todas las partículas del cuerpo en cada una de sus posiciones la misma aceleración en magnitud y dirección (que al moverse en el campo gravitatorio de la Tierra prácticamente se produce si las dimensiones del cuerpo son pequeñas comparadas con el radio de la Tierra), además, las velocidades iniciales de todas las partículas del cuerpo son el mismo en módulo y dirección (el cuerpo se mueve hacia adelante), no hay movimiento de rotación alrededor de su propio centro de masa.
Por ejemplo, una nave espacial y todos los cuerpos en ella, habiendo recibido una velocidad inicial apropiada, se mueven bajo la influencia de las fuerzas gravitatorias a lo largo de sus órbitas con casi las mismas aceleraciones (el fenómeno de la presencia de aceleración después de que el motor se apaga durante un cuerpo en órbita), como libre; ni los cuerpos mismos ni sus partículas ejercen presión mutua entre sí, es decir, se encuentran en un estado de ingravidez. Al mismo tiempo, en relación con la cabina del aparato, el cuerpo ubicado en él puede permanecer en reposo en cualquier lugar ("colgar" libremente en el espacio). Aunque las fuerzas gravitatorias en la ingravidez actúan sobre todas las partículas del cuerpo, no hay fuerzas superficiales externas que puedan causar una presión mutua entre las partículas [1] .
Por lo tanto, cualquier cuerpo cuyas dimensiones sean menores que el radio de la Tierra, haciendo un movimiento de traslación libre en el campo gravitatorio de la Tierra, estará, en ausencia de otras fuerzas externas, en un estado de ingravidez. El resultado será similar para el movimiento en el campo gravitatorio de cualquier otro cuerpo celeste.
En realidad, para todos los cuerpos de tamaño finito, existe una diferencia en las aceleraciones gravitatorias provocada por la diferencia en la distancia de los diferentes puntos del cuerpo a la Tierra. Esta pequeña diferencia tiende a estirar el cuerpo en dirección radial [2] .
Leibniz observó el cambio en el peso de una pelota durante su caída libre en un líquido . En 1892-1893. El profesor de la Universidad Estatal de Moscú N. A. Lyubimov realizó varios experimentos que demuestran la ingravidez en caída libre , por ejemplo, un péndulo , fuera del equilibrio en caída libre, no se balanceó [3] .
En condiciones de ingravidez a bordo de una nave espacial, muchos procesos físicos (convección, combustión, etc.) se desarrollan de manera diferente que en la Tierra. La ausencia de gravedad, en particular, requiere un diseño especial de sistemas como duchas, inodoros, sistemas de calentamiento de alimentos, ventilación, etc. Para evitar la formación de zonas estancadas donde se puede acumular dióxido de carbono y para asegurar una mezcla uniforme de calor y frío. aire, en La ISS, por ejemplo, tiene una gran cantidad de ventiladores instalados. Comer y beber, la higiene personal, el trabajo con equipos y, en general, las actividades ordinarias de la vida cotidiana también tienen sus propias características y requieren que el astronauta desarrolle hábitos y habilidades necesarias.
La influencia de la ingravidez se tiene inevitablemente en cuenta en el diseño de un motor de cohete de propulsante líquido diseñado para ser lanzado en ingravidez. Los componentes de combustible líquido en los tanques se comportan exactamente como cualquier líquido (forman esferas líquidas). Por esta razón, el suministro de componentes líquidos desde los tanques a las líneas de combustible puede resultar imposible. Para compensar este efecto, se utiliza un diseño de tanque especial (con separadores para medios líquidos y gaseosos), así como un procedimiento para sedimentar el combustible antes de arrancar el motor. Tal procedimiento consiste en encender los motores auxiliares del barco para acelerar; la ligera aceleración creada por ellos precipita el combustible líquido en el fondo del tanque, desde donde el sistema de suministro dirige el combustible hacia las líneas.
Durante la transición de las condiciones de presencia de peso corporal en la superficie terrestre a las condiciones de ingravidez (en primer lugar, cuando la nave espacial entra en órbita), la mayoría de los astronautas experimentan una reacción del organismo denominada síndrome de adaptación espacial .
Con una estancia larga (más de una semana) de una persona en el espacio, la ausencia de peso corporal empieza a provocar ciertos cambios nocivos en el organismo.
La primera y más obvia consecuencia de la ingravidez es la rápida atrofia de los músculos: los músculos en realidad se desconectan de la actividad humana, como resultado, todas las características físicas del cuerpo caen. Además, la consecuencia de una disminución brusca de la actividad de los tejidos musculares es una reducción del consumo de oxígeno del organismo, y debido al exceso de hemoglobina resultante , la actividad de la médula ósea que la sintetiza (hemoglobina) puede disminuir.
También hay razones para creer que la restricción de la movilidad interrumpirá el metabolismo del fósforo en los huesos, lo que conducirá a una disminución de su fuerza. .
Muy a menudo, la desaparición del peso se confunde con la desaparición de la atracción gravitatoria, pero no es así en absoluto. Un ejemplo es la situación en la Estación Espacial Internacional (ISS). A una altitud de 400 kilómetros (la altitud de la estación) , la aceleración de caída libre es de 8,63 m / s² , que es solo un 12% menos que en la superficie de la Tierra . El estado de ingravidez en la ISS no surge debido a la "falta de gravedad", sino al movimiento en una órbita circular con la primera velocidad cósmica , es decir, los astronautas, por así decirlo, constantemente "caen hacia adelante" a una velocidad de 7,9 km/s. Así como la ISS no cae mientras está en órbita, todos los objetos en la ISS no caen al suelo.
En la Tierra, con fines experimentales, se crea un estado de ingravidez a corto plazo (hasta 40 s) cuando un avión vuela a lo largo de una trayectoria balística, es decir, una trayectoria a lo largo de la cual volaría un avión bajo la influencia de la fuerza de la gravedad sola. Esta trayectoria a bajas velocidades resulta ser una parábola (la llamada " parábola de Kepler "), por lo que en ocasiones se denomina erróneamente "parabólica". En general, la trayectoria es una elipse o hipérbola.
Dichos métodos se utilizan para entrenar a los astronautas en Rusia y los Estados Unidos. En la cabina, una bola está suspendida de un hilo, que generalmente tira del hilo hacia abajo (si el avión está en reposo o se mueve uniformemente y en línea recta). La ausencia de tensión en el hilo del que cuelga la bola indica ingravidez. Así, el piloto debe controlar la aeronave para que la bola cuelgue en el aire sin tensión en el hilo. Para lograr este efecto, la aeronave debe tener una aceleración constante igual a g y dirigida hacia abajo. En otras palabras, los pilotos crean cero G. Durante mucho tiempo, se puede crear una sobrecarga de este tipo (hasta 40 segundos) si realiza una maniobra acrobática especial "falla en el aire". Los pilotos comienzan a ascender abruptamente, entrando en una trayectoria "parabólica", que termina con la misma caída abrupta de altitud. En el interior del fuselaje hay una cámara en la que entrenan los futuros cosmonautas, se trata de una cabina de pasajeros totalmente tapizada con una suave funda sin asientos para evitar lesiones tanto en momentos de ingravidez como en momentos de sobrecarga.
Una persona experimenta una sensación similar de ingravidez (parcial) cuando vuela en vuelos de aviación civil durante el aterrizaje. Sin embargo, en aras de la seguridad del vuelo y debido a la gran carga sobre la estructura de la aeronave, cualquier aeronave programada reduce su altitud, realizando varios giros en espiral prolongados (desde una altitud de vuelo de 11 km hasta una altitud de aproximación de aproximadamente 1-2 km) . Es decir, el descenso se realiza en varias pasadas, durante las cuales el pasajero siente durante unos segundos que se eleva ligeramente del asiento hacia arriba. Es la misma sensación que experimentan los automovilistas que están familiarizados con las colinas empinadas cuando el automóvil comienza a descender desde la parte superior.
Las acusaciones de que un avión realiza acrobacias aéreas como los " bucles de Nesterov " para crear ingravidez a corto plazo no son más que un mito. El entrenamiento se realiza en aeronaves de pasajeros o de carga de producción ligeramente modificadas, para las cuales las acrobacias aéreas y modos de vuelo similares son supercríticos y pueden conducir a la destrucción de la aeronave en el aire o al rápido desgaste por fatiga de las estructuras de soporte.
El estado de ingravidez se puede sentir en el momento inicial de caída libre de un cuerpo en la atmósfera , cuando la resistencia del aire es aún pequeña.
Existen varios aviones capaces de realizar vuelos con la consecución de un estado de ingravidez sin ir al espacio. La tecnología se utiliza tanto para entrenamiento de agencias espaciales como para vuelos comerciales de particulares. Vuelos similares son realizados por la aerolínea americana Zero Gravity , Roskosmos (en el Il-76 MDK desde 1988, vuelos también están disponibles para particulares [4] ), NASA (en el Boeing KC-135), la Agencia Espacial Europea (en el Airbus A-310) [ 5] . Un vuelo típico dura alrededor de una hora y media. Durante el vuelo se realizan de 10 a 15 sesiones de ingravidez, para lo que la aeronave realiza un picado pronunciado. La duración de cada sesión de ingravidez es de unos 25 segundos [6] . Más de 15 000 personas han volado hasta noviembre de 2017 [7] . Muchos personajes famosos han realizado vuelos ingrávidos a bordo de un avión, entre ellos: Baz Aldrin , John Carmack , Tony Hawk , Richard Branson . Stephen Hawking también realizó un vuelo corto el 26 de abril de 2007 [8] [9] [10] .
Otra forma de simular la ingravidez, y durante mucho tiempo, es crear hidroingravidez .