IMPORTANT: Si us voleu donar d'alta, escriviu-nos a wiki@matadejonc.cat
Space Cowboys
Dades de la pel·lícula
- Títol original: Space Cowboys
- Director: Clint Eastwood
- Productors: Clint Eastwood, Andrew Lazar
- Guió: Howard Klausner, Ken Kaufman
- Actors: Clint Eastwood, Tommy Lee Jones, Donald Sutherland, James Garner, James Cromwell, Marcia Gay Harden.
- Any: 2000
- Duració: 90 minuts
- Nacionalitat: Estats Units
- Gènere: Ciència Ficció
Introducció
Els alumnes de 4t d'ESO científic realitzarem un comentari sobre la pel·lícula Space Cowboys (idea que va ser proposada perquè els alumnes del 4t d'ESO científic de l'any anterior ho varen fer, però amb la pel·lícula Apollo 13, i els va anar molt bé). Intentarem fer comparacions i verificacions sobre les dades físiques exposades en el film.
Aquesta pel·lícula tracta sobre quatre astronautes, ja jubilats, que han d'anar a l’espai a reparar un satèl·lit rus que s'ha sortit d'òrbita* (ha sofert una degradació orbital) i que és dirigeix cap a la Terra. Són ells els únics que el poden reparar, ja que va ser dissenyat per un d'ells i funciona amb un codi massa vell com perquè el puguin reparar els astronautes actuals.
Dades i situacions físiques abans de la partida
L'altura del satèl·lit
A la pel·lícula ens diuen que el satèl·lit es troba a unes 1000 milles, uns 1609km. Aquest text és un raonament sobre si l'altura pot ser encertada o pot ser erronia. Hi ha un moment a la pel·lícula en que el president rus, després de veure que han descobert que a dins del satèl·lit hi ha uns sis caps nuclears, esmenta que el satèl·lit és un relíquia de la Guerra Freda que es va col·locar allà a dalt per si s'iniciava la guerra nuclear, el que diu i és més important que qualsevol altra cosa pel nostre raonament és que el satèl·lit estava col·locat just sobre els EUA permanentment per a més facilitat de l'atac. Quedem-nos amb aquesta informació.
Si ens informem veiem que la majoria de satèl·lits arriben a una altura maxima de 36000km, els que estan a aquesta altura son els que tenen una òrbita geoestacionaria, en aquesta òrbita, els satèl·lits triguen a donar la volta al centre de la Terra el mateix que triga ella a donar-la sobre el seu eix. Això fa que la seva posició relativa respecte de la seva superficie sigui constant. Per tant, només els satèl·lits col·locats a aquesta altura són els que poden vigilar permanentment un lloc, com ara els EUA.
Un satèl·lit amb les funcions que tenia a la pel·lícula hauria d'haver-se trobat en una orbita geoestacionaria, no en l'orbita que es troba.
Degradació orbital del satèl·lit rus
Al principi de la pel·lícula s'esmenta que un satèl·lit de telecomunicacions soviètic dels anys 60 ha sortit de la seva òrbita i s'acosta a la terra, és a dir, ha sofert una degradació orbital. Mentre un objecte romangui en òrbita en l'espai, no necessitarà cap tipus de propulsió, ja que no té força de fregament que disminueixi la seva velocitat. Però al produir-se la degradació orbital, l'objecte entrarà a l'atmosfera terrestre i perdrà velocitat pel fregament amb l'aire. Aquest fenomen provocarà la seva caiguda gradual cap a altituds més baixes, apropant-se a la Terra, fins que acabi per estavellar-se contra ella, si això no s'impedeix, reparant-ho. També comenten que es troba a 1000 milles des de l'escorça de la Terra, uns 1600 km aproximadament, i que baixa a uns 8 km/dia i accelerant, és a dir, que segons els seus càlculs en 35 dies impactarà contra la terra. Cal dir, però, que no és un moviment rectilini uniformement accelerat (MRUA), ja que el desplaçament no és rectilini, sinó en forma d'espiral.
Tenint en compte l'acceleració
Tot i no ser-ho, podem calcular la seva acceleració si anés amb un MRUA (moviment rectilini uniformement accelerat). Utilitzarem les unitats que ens puguin oferir un resultat més fàcil de veure i entendre. Per fer-ho utilitzarem la fórmula següent:
Però com ja hem dit abans, aquestes dades tampoc no es proporcionen una informació exacte, ja que el moviment del satèl·lit en direcció cap a la Terra és en forma d'espiral i no rectilini.
Sense tenir en compte l'acceleració
També podem mirar el temps en que estaria per estavellar-se contra la Terra si no tinguéssim en compte que el cos va accelerant amb la caiguda, és a dir, com si es desplacés amb una velocitat constant de 8km/dia i en línia recta cap a la Terra:
Per començar hem de saber les dades i convé passar-ne algunes a unitats més conegudes i utilitzades per a nosaltres, que ens ajudaran a entendre més aquest plantejament.
1 milla = 1.61km
Distància entre Satèl·lit i Escorça terrestre: 1000 milles = 1 610km
Velocitat = 8km/dia.
La fórmula que utilitzarem serà aquesta, que és la fórmula de desplaçament d'un moviment rectilini i uniforme (MRU):
Δs = v(t-t0)
Llavors, partint d'aquesta fórmula, faríem aquestes operacions per arribar a saber exactament quant de temps tardaria en xocar contra la Terra si es desplacés amb un MRU:
1610km = 8 (t-t0) --> t = 1610/8 -->t = 201,25 dies
201.25 dies = 6.71 mesos --> uns 6 mesos i 20 dies.
Segons aquests càlculs, si el satèl·lit no accelerés, s'estavellaria contra l'escorça terrestre en 6 mesos i 20 dies, aproximadament.
Però aquest càlcul no té en compte l'acceleració de la gravetat de la Terra. Per tant, no ens aporta molta informació respecte a la pel·lícula, ja que el satèl·lit sí que va accelerant, està sotmès a la força d'atracció de la gravetat.
Simulador centrífug
La força de la gravetat que una persona experimenta sobre la terra és d'1G (9.8 m/s2). El pilot d'una avioneta, en fer una volta de campana, nota una força de 7G. Aquesta força és la que tot astronauta ha d'experimentar a l'hora d'entrar i sortir de l'atmosfera terrestre. Per preparar-se per a sotmetre aquesta força, a la NASA, utilitzen un aparell anomenat simulador centrífug o màquina centrifugada.
Funcionament d'una màquina centrífuga
Aquestes màquines presenten un braç mecànic que gira una cabina veloçment en una trajectòria circular.
En la prova, els astronautes han d'aguantar una força de 3 G, és a dir, una acceleració de 29,4 m/s2 (tres vegades l'acceleració de la força, a l'escorça terrestre, de la gravetat). Dins la cabina, els astronautes senten com la força centrífuga els pressiona sobre el seient. La velocitat de gir d'aquestes màquines puja progressivament perquè l'astronauta es vagi acostumant a la força.
Aleshores, a partir de la força centrífuga que executa la màquina, els dos astronautes arriben a una acceleració de 6 G. Tenint en compte que una persona ha d’estar en posició horitzontal, amb el cap i el cor al mateix nivell per aguantar aquestes acceleracions, resulta un poc irreal creure que arriben a aquesta acceleració, ja que a la pel·lícula no respecten la posició en la qual tocaria que es col·loquéssin els astronautes. A partir dels 9G, el cos és incapaç de moure's. A la realitat, la majoria de persones perden el coneixement en arribar als 10G. Això passa perquè el cor ha de bombejar més ràpid per fer arribar la sang al cervell, cosa que provoca marejades i desmais. Però, molts aconsegueixen superar els 10G fins arribar als 14 o 15G, que són uns 147m/s2. En aquests casos, els músculs facials queden monstruosament deformats, mostrant fins a quin punt el viatge espacial pot afectar al cos humà.
Aquesta prova es realitza perquè no només estan sotmesos a una gravetat molt baixa, sinó també a una hipergravetat: durant l’enlairament 3.2G i durant l’aterratge a 1.4G.
Velocitat angular
Per a comprovar com arriben a assolir aquestes acceleracions tan elevades, es calcula la velocitat angular. La velocitat angular (w) és l'angle que gira el mòbil per unitat de temps. La relació entre la velocitat lineal i la velocitat angular es pot trobar, després d'uns càlculs matemàtics, mitjançant aquesta fórmula:
V = r · w
Si ens diuen que, per aconseguir una força centrífuga de 2 G, la màquina gira al voltant de 15 revolucions o voltes per minut, nosaltres podem deduir, partint des de a = v/t:
1 G = 7.5 rev/min
Curiositats de l'acceleració que poden suportar els éssers vius
- Hi ha uns cucs que mesuren 1 mil·límetre que poden arribar als 20G
- Quan tossim o esternudem ens exposem a acceleracions de 2.9G i 3.5G
- Al 1954, John Stapp, mentre estudiava els efectes de la desacceleració al cos humà va experimentar una acceleració negativa de 46.2G dins un coet i va sortir-ne viu. Va ser voluntàriament.
- Al 1977, el corredor de fórmula 1, David Purley, va sobreviure a uns 178G, quan va passar dels 173km/h-1 a 0 en tan sols 66cm després de xocar amb una paret. Va ser un miracle.
- Els equips mèdics de la NASA, a l'hora de realitzar aquesta prova amb la màquina centrífuga, no permeten que s'exposin als humans a més de 12,5G.
Força de gravetat, força centrífuga i acceleració centrípeta
Quan el satèl·lit està en òrbita, a sobre, actuen dues forces:
- La força centrífuga, originada pel seu moviment circular (Fc).
- La força de gravetat, de sentit contrari a l'anterior, originada pel camp gravitatori de la terra (Fg).
Quan Fg és major que Fc, el satèl·lit descriu un moviment circular al voltant de la terra amb el radi de curvatura cada vegada més petit (amb forma de closca de caragol), ja que cada cop s'acosta més a la terra. Fins que ,finalment, acaba impactant a la superfície de la Terra.
Si suposam que el satèl·lit té una massa de 15000 kg, la força centrífuga i la de la gravetat serà:
Força de la gravetat
Podem obtenir la gravetat a la qual està exposat el satèl·lit (ja que la gravetat no és sempre la mateixa, sinó que disminueix amb l'altura) amb la següent fórmula:
Gravetat = G·M/d2
g = 6,67·10-11·6·1024/82220002
g = 5,92 m/s2
Sabent la gravetat podem obtenir la força d'atracció que exerceix la terra sobre el satèl·lit.
Fg = m·ag
Fg = 15000·5,92= 88800 N
Força centrífuga
Fc = m·w2·r
W = v/r
Si el satèl·lit es troba a 34 dies per impactar contra la Terra, podrem deduir que la velocitat angular és petita, ja que si fos major tardaria menys en arribar a la Terra, i que la diferència entre la força centrífuga i la força gravitatòria és gran. Per tant, la força gravitatòria és major, supera la centrífuga. Quan passa això, el satèl·lit comença a caure cap a la terra.
L'òrbita del satèl·lit cada vegada s'anirà fent més petita, ja que es va acostant a la terra. Com que veiem que la força de la gravetat és molt més gran que la força centrífuga, podem deduir, a partir de les dades que tenim, que el satèl·lit descriuria una trajectòria gairebé vertical cap a la Terra i, probablement, tardaria menys de 34 dies en impactar sobre ella.
Acceleració centrípeta
En els moviments circulars, l'acceleració es pot separar en dues components: una perpendicular a la direcció del moviment (l'acceleració centrípeta), i l'altra, en el mateix sentit que el moviment (l'acceleració tangencial).
Si un cos es mou seguint una trajectòria circular de radi r amb una velocitat lineal v, l'acceleració centrípeta es calcula amb la fórmula següent :
Substituint la velocitat lineal v per la velocitat angular w (on 
), obtenim:
Volant a 112 000 peus
Els dos protagonistes de la pel·lícula estan volant a 112.000 peus d’altitud (33.936 m) amb l’avió X-2 i acaben per estavellar-lo després d’arribar a l’altitud esmentada. Aquesta dada té sentit, ja que l’avió Bell X-2 va ser construït per investigar les característiques de vol a velocitats de Mach* 2 a 3 i, al 1956, va superar l’altitud de 100.000 peus, superant la velocitat de Mach 3. És a dir, que més o menys la realitat és bastant semblant a la ficció.
Caiguda lliure a 112 000 peus
La caiguda lliure que pot realitzar una persona no és, ni molt menys, la mateixa que la d’un mòbil. La velocitat màxima de caiguda lliure en una persona oscil·la entre els 200km/h i l’altura màxima és d’uns 4000 m, sense equip de respiració autònoma. Es possible arribar als 5000 m sense gas vital, però ha de ser en picat i molt ràpid. El rècord d’altura de caiguda lliure en una persona ha estat d’uns 10000 m i amb l’obligació d’utilització de gas vital. Per tant, la caiguda lliure a uns 34 km d’altura, sense gas vital és impossible.
A la pel·lícula, a causa d'un accident amb l'avió, dos homes es tiren fent caiguda lliure amb paracaigudes fins al terra. Segons ells, han fet la més gran de la història, des de 30000 peus. Tenint en compte que 1 peu és igual a 0.3048 metres, estan dient que varen fer una caiguda lliure de 9144 metres d'altura.
El fet que aquesta caiguda lliure l'haguessin realitzat fa molts anys, és possible que en aquell moment fer-ne una de 9144 metres fos de les més altes fetes mai. De tota manera, com ja hem dit anteriorment, per fer-la ha altures tan elevades es necessiten màscares d'oxigen, ja que a tanta distància l'oxigen existent en l'aire no es suficient per sobreviure.
Pilota de beisbol a la Lluna
En un moment de la pel·lícula una enginyera de la NASA comenta que "per que una pilota de beisbol arribi a la lluna, s'hauria de tirar a una distància de 150 000 km, que és la meitat de la distància entre la Terra i la Lluna, perquè després la gravetat de la Lluna l'atragués i no tornés cap a la terra"
Per començar, la distància entre la Terra i la Lluna no és de 300 000 km, com la pel·lícula deixa entendre dient que 150 000 km és la meitat entre els dos planetes. La distància entre la Terra i la Lluna és de 380 000 km.
A part de tenir present la distància real, hem de partir des de que la gravetat terrestre és molt més forta que la lunar, aproximadament unes 6 vegades, degut a que el seu volum i la seva massa són molt més grans (cada partícula de la matèria de l'Univers atreu a una altra partícula amb una força directament proporcional al producte de les seves masses). Per tant, és erroni dir que a mig camí entre la Terra i la Lluna les gravetats d'ambdós s'igualen o que, fins i tot, la de la lluna supera la de la Terra, ja que la gravetat que exerceix la Terra a la pilota és més gran. La gravetat de la Lluna és:
- glluna = 9.8/6 = 1.6 m/s2
Ara, podem comprovar si, a meitat del camí entre la Terra i la Lluna, la gravetat d'aquesta hi actua fins el punt d'atraure-la i que no torni a la Terra.
Per fer-ho, agafarem el punt on la pilota es quedaria quieta, és a dir, on les dues gravetats quedarien equilibrades.
- Si llancem una pilota a l’espai, perquè sigui atreta per la Lluna no l’hem de llançar fins a mig camí, sinó fins a 9/10 parts del camí. Això queda demostrat de la manera següent:
Si substituïm la "d" per la distància que hi ha entre la Terra i la Lluna, sabrem la resposta:
d = 384 000 000 m.
x = 345 600 000 m.
Fent això, sabem que les gravetats s’equilibrarien a una distància de 345 600 km, és a dir, que amb un metre més, a 345 601, la pilota ja entraria en el camp gravitatori de la Lluna, perquè aquest superaria al de la terra.
Velocitat d'escapament
La pilota de beisbol hauria de ser llençada a una velocitat de 40 320 km/h o 11,2 km/s per aconseguir vèncer la força de la gravetat terrestre, escapar de l'òrbita terrestre i arribar fins a la Lluna. Per calcular la velocitat d'escapament s'utilitza la fórmula següent:
En la qual: Ve = Velocitat d’escapament. G = Constant de Gravitació Universal (6,672 × 10-11 N m2/kg2). M = Massa del cos celeste (planeta, satèl·lit o estrella). R = Radi del cos celeste.
Dades i situacions físiques durant el viatge
Enlairament: separació dels tancs de combustible
Per enlairar-se, necessiten superar la força de la gravetat, per la qual cosa necessiten la força màxima. Això produeix un consum màxim de combustible. Quan l’enlairament s’ha efectuat, s’ha consumit una gran part del combustible. En aquest moment, els tancs que el contenien són buits i, per tant, inservibles. Per això es desprenen de la nau.
De fet, ara no necessiten combustible, ja que quedaran fent voltes al planeta (en òrbita) fins que es decideixin a tornar, que serà quan necessitaran impuls per sortir d'òrbita i tornar a situar-se dins l'atmosfera.
Sortir de l'atmosfera
Ja han sortit de l’atmosfera, en 4 hores és realitzarà la intercepció del satèl·lit. L’altura de l’artefacte era de 1609 km. Tenint en compte que han passat 34 dies i que el satèl·lit ha anat baixant 8 km per dia i accelerant, podem considerar que ja estaria molt més a la vora de l’escorça (com a mínim uns 1337 sense contar que ha anat accelerant), que estaria casi a tocar de l’atmosfera o ja estaria entrant (això, es clar, suposant la seva acceleració). En els dos casos, però, coincideix que arribarien molt més ràpid a la vora del satèl·lit que amb 4 hores, ja que duu una velocitat molt gran i que quan surt de l’atmosfera ja està molt a prop del satèl·lit.
Aparells utilitzats: unitat de maniobra tripulada
Per desplaçar-se per l’espai utilitzaren un aparell, la unitat de maniobra tripulada (motxilla MMU o Manned Maneuvering Unit). És una mena de motxilla tancada plena de nitrogen comprimit, on la pressió que exerceix és la mateixa sobre tots els punts de les parets. Però, al tenir un forat en la part inferior i un a cada costat del recinte (que podem obrir i tancar), el gas escapa per un d’ells i la pressió que exerceix sobre la part de dalt ja no es veu contrarestada per la de baix. Llavors, la pressió interna del gas empeny el recinte cap amunt amb una força de reacció (principi d'acció i reacció: quan dos objectes s'atrauen o es repel·leixen, experimenten forces iguals i oposades).
La velocitat depèn, sobretot, de dos factors: la velocitat en la qual els gasos abandonen la camera de combustió i la massa dels gasos que queden en l’interior. La direcció i trajectòria poden variar segons l’orientació del gas expulsat.
En sortir l'astronauta de la nau amb aquest aparell, pot semblar que s'ha de quedar enrere, ja que la nau es mou a una velocitat molt elevada. Però s'ha de pensar que l'astronauta també viatja a aquesta velocitat, encara que surti de la nau. Per tant, els astronautes que realitzen operacions fora de les naus només van fermats per seguretat.
Primer passeig espacial sense fixació
El Capità Bruce McCandless II fou el primer en realitzar un passeig espacial sense fixació, des de la nau espacial Challenger, a una altitud de 264 km sobre Hawaii, el 7 de Febrer de 1984. Durant la seva primera missió, el capità va realitzar el seu històric passeig espacial sense fixació, amb una motxilla MMU (Unitat de Maniobra Tripulada), d'un cost de desenvolupament de 15 milions de dòlars.
Cabina de descompressió
A la nau, entre la porta d'entrada i la de sortida a l'espai, hi ha un doble compartiment de reduïdes dimensions que separa l'interior del vehicle i l'espai, el qual realitza una descompressió. Si dins la nau hi ha aire i nosaltres obrim una porta directa a l'espai, sortirem disparats, ja que l'aire intenta ocupar tot l'espai que pot, com a gas que és. Com que a l'espai no hi ha aire, la pressió és molt diferent. Per tant, l'aire sortiria cap a l'espai a gran velocitat i els astronautes sortirien amb ell. Aleshores, s'ha de fer una descompressió gradual per poder entrar i sortir de la nau sense cap problema. Els astronautes entren al compartiment (que aleshores té la mateixa pressió que l'interior de la nau) tancant darrere seu la porta que deixa l'interior del vehicle totalment hermètic. Llavors, s'iguala la pressió del compartiment amb la de l'exterior i s'obre la porta de sortida. Per entrar a la nau es fa el procés invertit: l'astronauta entra dins el compartiment, es tanca la porta de fora i s'iguala la pressió amb la de dintre de la nau.
Què passaria si un astronauta quedés exposat al buit?
Encara que una exposició al buit resultaria letal en poc temps, un astronauta que es veiés en aquesta dramàtica situació no sofriria un dany immediat i podria sobreviure un temps molt limitat sense la protecció del vestit espacial.
En una exposició al buit, es contaria amb poc temps per a buscar una solució al problema: un ésser humà romandria conscient entre uns 9 i 11 segons. Una vegada transcorregut aquest temps, l'astronauta sofriria convulsions seguides per una paràlisi i es produiria un inflament del cos, la qual cosa només podria evitar-se, en part, amb una roba elàstica que produís una pressió per a contrarestar aquest inflament.
El punt sense retorn
A tots els viatges espacials, i en molts altres aspectes, hi ha un punt el qual és el màxim on es pot arribar, en aquest cas, a causa del combustible limitat que pot arribar a portar la nau. Aquest punt és l'anomenat punt sense retorn. Si es sobrepassa aquest punt, el combustible no és suficient per tornar fins a la terra. Llavors, quedariem per sempre a l'espai, movent-mos amb un MRU, a velocitat constant. En la pel·lícula, esmenten aquest punt quan han d'enviar el satèl·lit a la Lluna, de tal manera que el combustible que conté no basti per si el satèl·lit, per qualsevol problema, tornés a la Terra.
Aquest punt no té un valor exacte, depèn de moltes variants, com per exemple, la quantitat de combustible que porta la nau i dels inconvenients que hi pugui haver durant el viatge i que suposin un gast d'aquest combustible. En cada viatge, es podria calcular aquest punt per tal de no sobre passar-lo, ja que si ho fessin, no podrien tornar a la Terra.
Amunt o avall?
Hi ha un moment de la pel·lícula on l'astronauta surt desactivant uns míssils cap per avall. Això no té massa sentit, ja que enmig de l'espai no hi ha amunt ni avall, ni dreta ni esquerra. Això és degut a l'absència de gravetat, només hi ha buit. Per tant, el sistema de referència es prendria sense cap criteri en concret. A la Terra, en canvi, no resulta erroni considerar el sentit negatiu cap avall, és a dir, cap al centre de la Terra, ja que hi ha la gravetat que actua en aquesta direcció i és més fàcil d'assimilar-ho.
Al no haver-hi ni amunt ni avall, el cos humà no pot aguantar sempre a l'espai, ja que pot experimentar problemes circulatoris. El cos humà està fet i preparat per aguantar la gravetat i sense ella hi hauria molts problemes. Per això, els astronautes han de fer bicicleta i altres exercicis que els ajudin a millorar el ritme cardíac i la circulació de la sang. Amb això de la sang, cal pensar en una cosa: quan es diu que una persona està cap per avall, és perquè la sang es concentra a tot el cap (d'aquí ve el fet de que la cara es torni vermella al posar-nos cap per avall). Però és que, al no haver-hi gravetat a l'espai, la sang està repartida d'igual manera per tot el cos, independentment de la postura d'aquest. En canvi, té més dificultat per circular per les venes.
Nosaltres pensem que el director de la pel·lícula li ha fet un pla cap avall per donar-li interès a l'escena.
A un quart de milió de milles de la Lluna
Quan volen desfer-se del satèl·lit, perquè veuen que és la única possibilitat de salvar els EUA, exposen la idea d'enviar-lo cap a la Lluna i deixar-lo en la seva òrbita, de tal manera que si s'estavella, que ho faci allà. Deixen anar una dada; diuen que la Lluna es troba a un quart de milió de milles de la seva posició.
Si ens informem, podrem veure fàcilment que la distància que hi ha entre la Terra i la Lluna és de 380 000km, i no de 300 000km com diuen al principi ni de 250 000 milles (són 402 250km), com diuen ara.
Tan sols ens fa falta observar que, la distància que diuen a la pel·lícula és considerablement més grossa que la distància real. I això que encara ens falta comptar la distància a la qual es troben de la Terra, que ens ho posa més al nostre favor. És simplement una exageració d'uns quants milers de quilòmetres.
La temperatura a l'espai
L'espai no té temperatura com a tal, ja que és un buit. Només podem assignar una temperatura a la radiació i a la matèria, de tal manera que del que podem parlar és de les temperatures de diversos objectes que estan presents a l'espai, però no de l'espai en si mateix.
La calor es pot transferir de tres maneres:
1) Per conducció: per exemple, quan toquem un metall calent ens transmet part de la seva calor.
2) Per convecció: un exemple clàssic és el típic model de l'aigua bullint en un recipient que forma cel·les convectives que transporten la calor de la part inferior a la superior del líquid.
3) Per radiació: per exemple, la calor del Sol que ens arriba a la Terra viatjant a través de l'espai.
En el buit de l'espai, l'única manera en que es pot transmetre calor és per radiació, ja que és de l'única manera en que no es requereix la presència de matèria com a transport.
Un objecte situat a l'espai, aïllat de qualsevol estrella, astre o altres objectes que emetin radiacions, emetrà calor cap a l'exterior refredant-se, fins al punt d'arribar a la temperatura de -273,15ºC.
És per això, que la temperatura que suporten les sondes espacials que han abandonat el nostre sistema planetari, es troba només a uns pocs graus per sobre del zero absolut (-273ºC), degut al fet que reben molt poca radiació solar. Aquest tipus de vehicles necessiten una font de calor interna perquè el seu instrumental pugui treballar en aquestes extremes condicions i perquè el combustible que transporten no es congelin.
Al nostre sistema solar, els objectes que es troben exposats al Sol poden augmentar la seva temperatura ràpidament, però els costa perdre la seva calor. En canvi, els objectes que es troben situats en zones de l'espai no il·luminades pel sol -per exemple, després de la zona nocturna de la Terra o sobre la superfície de la Lluna quan és de nit- es refreden.
En resum, la temperatura d'un astronauta depèn fonamentalment del lloc en el qual aquest es trobi i de si aquest es troba o no il·luminat pel sol.
Aterratge: travessar l'atmosfera
El primer procés que es duu a terme per dirigir-se a la Terra és sortir de l’òrbita perquè la gravetat terrestre els pugui atreure. Per això, es donen un impuls amb els motors, anomenat impuls de desorbitació. Aquest impuls el donaran una mena de coets molt més petits que el gran combustible, però que els proporcionarà força suficient com per poder sortir de l'òrbita i entrar de nou a l'atmosfera.
Degut als danys que ha patit la nau, hauran de realitzar l’aterratge manualment. Això suposa un problema, ja que per entrar a l’atmosfera s'han de tenir molt en compte l'angle i la velocitat. Si entren amb un angle molt obert, és a dir, amb la nau molt horitzontal, aquesta rebotarà sobre l'atmosfera. En canvi, si la nau entra molt verticalment, el fregament amb l’aire que es produirà dins l’atmosfera serà molt elevat, comparat amb el de l’espai, provocant un alt augment de temperatura. Això farà que la nau arribi a temperatures molt elevades i es desintegri. Que es cremi o desintegri depèn de la velocitat que dugui el vehicle: quan es molt elevada, fa que la nau s'escalfi interiorment i exteriorment, acabant per explotar, i, quan aquesta mateixa és baixa, fa que la nau s'estigui massa estona dins l'atmosfera, la qual cosa duu a la desintegració. De totes maneres, les naus estan construïdes exteriorment amb uns materials ceràmics, molt resistents a la calor. Aquests materials eviten l'escalfament interior de la nau, però fins a un cert punt.
Per evitar tot això, han d’entrar a l’atmosfera amb l’angle, més o menys de 4º, i la velocitat adequada.
Vocabulari
- Òrbita: recorregut o trajectòria circular d'un cos a través de l’espai sota la influència de forces d’atracció o repulsió d'un segon cos (planeta).
- El número Mach: o simplement Mach, es la raó entre la velocitat d’un objecte en un medi determinat i la velocitat del so en aquell mateix medi. Aquest s’obté a partir de dues variables: Número Mach = Velocitat de l’objecte / Velocitat del so. Dins l'atmosfera i a una temperatura de 15º Celsius, Mach 1 són 340.3 m/s.
- G: és acceleració de la gravetat a la terra, al nivell del mar és d’uns 9,80665 m/s². Varia segons l’altura a la qual ens trobem, però s'agafa com a sistema de referència la gravetat que hi ha al nivell del mar, aproximadament 9.8m/s2 =1G
- Sistema de referència: En mecànica, un sistema de referència és un conjunt de convencions usades per un observador per a poder mesurar la posició d'un objecte físic en el temps i l'espai.
- Força centrífuga: és una de les forces fictícies que actua sobre un cos quan el moviment es descriu segons un sistema de referència en rotació i tendeix a impulsar l’objecte cap a l’extrem de la corba. Augmentant la velocitat de rotació del cos, el seu valor tendeix a créixer.
- Força centrípeta: és la força que estira un objecte cap al centre d'un camí circular mentre que l'objecte segueix aquest camí circular. Un objecte només pot tenir una trajectòria circular si se li aplica una força centrípeta. En el cas d'un satèl·lit en òrbita, la força centrípeta és el seu pes i actua al voltant de l'objecte al voltant del qual òrbita.
- Degradació orbital: és el procés de reducció prolongada de l'altura de l'òrbita d'un satèl·lit produït pel fregament amb l'atmosfera i això produeix que surti lleugerament de l'òrbita i perdi altura constantment, fins que torni a entrar a l'atmosfera i caigui per l'acció de la gravetat o sigui reparat.
- Desorbitació: per sortir de l’òrbita i que la terra els pugui atreure es donen un impuls amb els motors, anomenat impuls de desorbitació.
- MRU: moviment rectilini uniforme, es tracta del moviment d'un cos a una velocitat constant i en una trajectòria totalment recta.
- MRUA: moviment rectilini uniformement accelerat, es tracta del moviment d'uns cos en una trajectòria recta i amb una acceleració uniforme.
- El buit: és l'absència d'aire, o altres fluids i en general de qualsevol tipus de matèria. En física es defineix com l'absència de matèria en un volum determinat de l'espai.
- Satèl·lit artificial: qualsevol dels objectes posats en òrbita al voltant de la Terra amb gran varietat de finalitats, científiques, tecnològiques i militars. El primer satèl·lit artificial, l'Sputnik 1, va ser llançat per la Unió Soviètica el 4 d'octubre de 1957.
- El zero absolut: equival a -273ºC, és el punt en el qual les partícules deixen de moure's. Podem dir que a n'aquesta temperatura un cos ha perdut tota la seva energia interna. Mai s'ha aconseguit arribar-hi, però el màxim d'aproximació aconseguit ha estat uns -272.9ºC.
Fonts d'informació
En Català
En Castellà
- Gravetat
- Primeres conclusions dels viatges espacials
- Unitats
- Sobre la pel·lícula: Space cowboys
- Web oficial de la NASA
- Velocitat d'escapament a la Vikipèdia
- Força centrífuga
- Vestit espacial a la Wikipèdia
- Força Centrípeta a la Vikipèdia
Alumnes
Els alumnes que hem creat aquesta pàgina hem estat:
- Marta Vilà
- Marc Lluís Vives
- Joana M
- Marta Sbert
- Laura Guarda
- Agnès Garcias
- Maria Aparicio
- Carme March
- Miquel Serra
- Lluís Moragues
- Pere Pau Garau
- Marc Rul·lan
- Jonàs Páez
- Julià Vaquer
Amb la col·laboració de Pau Cabot, professor de física de 4t.
