IMPORTANT: Si us voleu donar d'alta, escriviu-nos a wiki@matadejonc.cat

La Gravetat i la Caiguda lliure - Curiositats

De Matawiki
Dreceres ràpides: navegació, cerca

LA GRAVETAT I LA CAIGUDA LLIURE

Poma.jpg

La Gravetat · A la Terra · Caiguda lliure · Història · Curiositats
La llei · La constant · Fonts d'informació · Crèdits



Contingut

Mite del descobriment de la llei de la gravetat

L'any 1665,Isaac Newton, un jove estudiant de la universitat de Cambridge, es trobava al jardí de la casa on havia nascut, a Woolsihorpe. De sobte, una poma va caure de l'arbre impactant de ple al seu cap.

Després d'això alguns diuen que es va trastocar, altres, que aquest cop era tot el necessari per fer venir la inspiració i també diuen que va entrar en un estat de meditació profunda. El cas, és que es va posar a raonar el motiu pel qual la poma es desplomava sobre la terra i amb la lluna no passava el mateix. Aquests principis el motivaren a investigar fins, finalment, formular la llei de la gravetat.

Apple

Logotip antic d'Apple
Últim logotip d'Apple

Un fet curiós és que el logotip i el nom de l'empresa Apple ("poma" en anglès), empresa fundada en els anys 70, vénen d'aquesta anècdota. El logotip actual és una moderna silueta d'una poma mossegada però, en els inicis d'aquesta empresa, el logotip era una imatge bastant detallada d'Isaac Newton davall una pomera, amb la poma destacada gràcies a un efecte de il·luminació, i amb lletres molt antigues que deien: "Apple Computer Co".





Sensació de ingravitació

Actualment només es coneixen tres maneres d'experimentar la gravetat 0:

  • Sortint del camp gravitatori terrestre.
  • Mitjançant una caiguda lliure.
  • Viatjant al centre de la terra.

En el primer cas, necessitem una gran infraestructura per tal de poder alliberar-nos del camp gravitatori terrestre. En el segon cas, l'únic que hem de aconseguir és deixar-nos caure (tot i que el fregament en l'aire, i les relacions de distàncies, ens poden provocar una sensació de vertigen contrari de la sensació d'ingravitació). Si aconseguíssim endinsar-nos fins al centre de la terra obtindríem una sensació de gravetat 0 ja que no hi hauria cap massa per davall els nostres peus però tindríem una gran pressió provocada per totes les capes superiors.

Estació Espacial Internacional en òrbita

Pareix que l'opció més vàlida és la segona. És la que experimenten els astronautes de l'Estació Espacial Internacional, els astronautes no es troben fora del camp gravitatori terrestre sinó que orbiten en ell. Per tant els astronautes experimenten una caiguda lliure, ja que la gravetat és una acceleració.

Per aconseguir aquesta sensació només necessitam una certa altura respecte a la superfície de la terra. Però hem d'estar aïllats de altres forces, com la resistència de l'aire. Per això necessitem un espai tancat que experimenti una caiguda lliure. Precisament això és el que fan vàries agències de viatges astronòmics.

Avió de la ESA un Airbus A-300 Zero-G, derivat del Airbus A-300 comercial.

Explicació:

L'espai tancat que ells utilitzen és un avió. D'aquesta manera aconsegueixen un aïllament amb l'aire de l'exterior i en no tenir una referència de posició exterior disminueix la sensació de vertigen. Per aconseguir una sensació de caiguda lliure utilitzen una maniobra especial, amb la qual, l'experimenten durant uns 30 segons.

Aquesta maniobra consisteix en realitzar una paràbola molt especial:

Vol.png

Explicació

Es parteix d'un vol horitzontal a una altitud de 7300m. Després l'avió accelera bruscament a 1.8g (18m/s2)i comença a pujar amb una inclinació d'uns 45º durant uns 20 segons fins a arribar a 9500m. Llavors el pilot atura la propulsió i deixa caure l'avió amb l'atracció de la gravetat. En efectuar aquesta maniobra es produeix una paràbola. L'avió arriba a un límit d'altura 10000m, en els 25 segons en que es realitza la paràbola es produeix a l'interior de l'avió una sensació d'ingravitació. Una vegada realitzada aquesta maniobra el pilot torna a accelerar de nou a 1.8g (18m/s2 aquesta vegada descendint a una inclinació de 45º graus fins que en arribar a 7300m estabilitza l'avió.


Forat Negre

Un Forat Negre és un cos celeste amb un camp gravitatori tan fort que ni tan sols la radiació electromagnètica pot escapar de la seva proximitat.
Representació gràfica d'un forat negre segons la NASA
El cos està envoltat per una frontera esfèrica, anomenada horitzó de successos, a través de la qual la llum pot entrar, però no pot sortir, pel que sembla ser completament negre.

Aproximant-se a l'horitzó de successos, un astronauta experimentaria una atracció gravitatòria sobre el seu cap igual al pes de 175 coets Saturn V.

Com es formen?

Una estrella corrent conserva la seva mida normal gràcies a l'equilibri entre una temperatura molt alta central i la gran atracció gravitatòria. Si aquest equilibri es romp o si l'estrella consumeix tota la seva energia atòmica es col·lapsa sobre si mateixa, es crea una implosió, l'astre es comprimeix en un sol punt. La seva força de gravetat augmenta amb la reducció de la seva mida. Arriba un moment que la força d'escapament és superior a la velocitat de la llum, llavors, es crea un forat negre.


Òrbita lunar

Fitxer:Llançament d'una poma La Lluna cau com cau una poma d'un arbre

Una de les més grans contribucions de Newton va ser entendre que, la força que manté a la Lluna en òrbita a l'entorn de la Terra és la mateixa que fa caure els objectes sobre la superfície terrestre.


Llançament des de dalt d'una muntanya

Poden considerar que la lluna està contínuament caient sobre la Terra encara que sempre estigui a la mateixa distància del centre d'aquesta. Per tal d'explicar al seus contemporanis aquesta aparent contradicció, Newton va imaginar un experiment mental molt interessant. Considera que et torbes en una muntanya, que arriba més enllà de l'atmosfera i pots llançar un objecte amb la velocitat que vulgues. Quan major sigui la velocitat que li dones al objecte, més tardarà en caure sobre la superfície de la Terra, però si confereixes una velocitat suficientment gran, mai caurà.

Efectes del moviment sobre l’organisme

Salt d'un trampolí


En un avió els passatgers acostumen a viatjar a una velocitat aproximada de 900 km/h, sense notar-ho ni patir cap efecte sobre el seu cos. De fet, la Terra es mou per l’espai amb una velocitat més elevada i nosaltres, que ens movem amb ella, ni tan sols o percebem.

No passa el mateix quan parlem d'acceleració. Quan varia la velocitat del vehicle en que viatgem, experimentem una sensació com si una força actués sobre tot el nostre cos, quan el vehicle accelera, aquesta força té sentit contrari al del moviment i, quan frena, el mateix sentit del moviment.

Generalment aquesta força és feble perquè l'acceleració és petita. Però si l'acceleració arriba al valor de g (9,81m/s2) llavors la força que experimentem iguala el nostre pes.

Els astronautes quan són llençats cap a l'espai, estan sotmesos a l'acceleració de l'ordre 4g (és a dir, 4 vegades l'acceleració de la gravetat). En aquest moment experimentem la sensació que el seu pes és quatre vegades més elevat que l'habitual.

Les grans acceleracions provoquen trastorns en l'organisme. Entre 4 g i 5 g pot produir-se una pèrdua momentània de la visió. Entre 5 g i 7 g es pot experimentar vertigen. Les acceleracions superiors poden provocar síncopes o, fins i tot, la mort. L’efecte depèn de la intensitat del fenomen i, sobretot, de la durada.

Astronauta

L'ésser humà pot suportar acceleracions molt elevades si són molt breus. Després de llançar-se des d'un trampolí alt d'una piscina, en ser frenat per l'aigua, s'experimenta una acceleració que pot ser superior a 10 g. Existeixen casos d'accidents en què algunes persones han arribat a suportar acceleracions molt breus de fins i tot 500 vegades la gravetat.

Els mareigs que pateixen algunes persones quan viatgen en cotxe o en vaixell és per culpa dels canvis continus que experimenta l'acceleració del vehicle.

Les caixes d'Einstein

Suposem que ens trobem tancats en una caixa col·locada sobre la superfície terrestre. En el seu interior, sentim la força de la gravetat de la terra que ens atreu al terra, igual que tots els cossos que es troben al nostre voltant. Quan amollem una pedra, aquesta cau a terra augmentant contínuament la seva velocitat, és a dir, accelerant-se 9,81 m/s^2. Per suposat a l'interior de la caixa la força que actua sobre un cos és proporcional a la seva massa gravitacional

Ara, consideram el cas de la caixa situada a l'espai, enfora de la influència gravitacional. Si aquesta caixa es troba en repòs, tot el que es troba al seu interior flota sense gravetat. Però si la caixa té una acceleració de 9,81 a 1m/s² , els objectes del seu interior es quedaran endarrere i s'aferraran al terra; més encara, un cos que s'amolli dins es dirigirà al terra amb una acceleració de 1 m/s² (1g)

Evidentment, la caixa accelerada en un sistema de referència que no compleix les lleis de Newton i que les forces que apareixen en el seu interior son forces inercials, que depenen de la massa inercial dels cossos sobre els que actuen.

¿Poden els ocupants d'una caixa determinar per mitjà d'experiments físics si es troben en repòs sobre la superfície de la terra o si es troben a l'espai, amb moviment accelerat?

La resposta és no, perquè el principi d'equivalència no permet distingir, dins la caixa, entre una força gravitacional i una inercial.

Supterrestre.jpg Asdad.jpg Sfsdff.jpg
exemple 1. La caixa es troba sobre la superfície terrestre. exemple 2. la caixa es troba a l'espai. exemple 3. La caixa es troba a l'espai i té una acceleració de 9,81 m/s².


La Terra també cau sobre la Lluna

En la major part del casos, quan estudiem el sistema constituït per la Terra i la Lluna, considerem que la Lluna gira a l'entorn del centre de la Terra. Aquest plantejament es una aproximació ja que no més te en compte l'acció de la Terra sobre la Lluna i oblida l'acció de la Lluna sobre la Terra. El mateix es pot dir respecte a la manera habitual d'analitzar el sistema format pel Sol i un planeta. En general, dos objectes en interacció gravitatòria giren a l'entorn d'un punt anomenat centre de masses del sistema. La simulació et permet visualitzar aquesta idea en diferents situacions

[1]

Joc sobre la gravetat terrestre

Aquest joc és de la Universitat de Colorado i el seu nom és Projectile Motion. És una simulació de llançaments de projectils, pilotes de golf i pilotes de beisbol. Encara que si no vols cap d'aquests projectils pots canviar la massa i el diàmetre segons el teu gust per crear el teu propi projectil.

Se'ls pot canviar l'angle de sortida i la velocitat inicial i posar o no resistència de l’aire.

Mentre et va indicant els metres que va recorrent, a l’altura en que es troba en cada segon, l’altura màxima i el temps que el mòbil es troba en l’aire.

Motion


Possible Impacte

D'aquí 29 anys, el diumenge 13 de abril de l'any 2036,un asteroide que aproximadament tindria uns 300m de diàmetre anomenat Apophis creuarà l'òrbita de la Terra, a tan sols 24.000 Km, una distància prou propera com perquè passi per davall dels nostres satèl·lits de telecomunicacions. En el cas d'impactar contra la terra, tendria un poder de devastació equivalent a 65.000 bombes com les de Hiroshima. Tot i així les possibilitats que impacti amb el nostre planeta son una d'entre 6.250. Per precaució i seguretat, alguns experts demanen que l'asteroide sigui etiquetat de manera que un transbordador enviaria constantment una senyal de radio indicant la seva posició exacta. D'aquesta manera els científics esperen poder tenir un marge per efectuar accions en cas d'emergència.

Simulació d'impacte la terra per part d'un asteroide
Eines de l'usuari
Espais de noms
Variants
Accions
Navegació
Escola
Imprimeix/exporta
Eines