Questo significa che la Terra e la Luna si attraggono con una forza di circa 1.98×1020 newton, che è enorme. Ma perché non vediamo la Luna cadere sulla Terra, o la Terra cadere sul Sole? La risposta è che la gravità non è l’unica forza che agisce su questi corpi. C’è anche una forza che li spinge a muoversi lateralmente, chiamata forza centrifuga, una forza proporzionale alla massa, alla velocità ed al raggio dell’orbita di un oggetto.
La forza centrifuga è la forza che sentiamo quando siamo in una macchina che gira, o in una giostra che ruota ed è la forza che ci spinge verso l’esterno, lontano dal centro della curva o della rotazione, inoltre la forza centrifuga è anche la forza che bilancia la gravità e permette agli oggetti di rimanere in orbita.
Se la forza centrifuga è uguale e opposta alla forza gravitazionale, l’oggetto si muove in un’orbita circolare, mentre se questa è maggiore o minore della forza gravitazionale, l’oggetto si muove in un’orbita ellittica. Se la forza centrifuga è molto maggiore della forza gravitazionale, l’oggetto sfugge all’orbita e si allontana nello spazio.
Come si ottiene l’assenza di gravità nello spazio?
Da quanto abbiamo visto, la gravità nello spazio non scompare mai, in nessun punto. Allora, perché gli astronauti fluttuano? La risposta è che gli astronauti non sono veramente senza peso, ma sono in caduta libera. La caduta libera è lo stato di un corpo che cade sotto l’effetto della sola gravità, senza altre forze che la contrastino.
Un esempio di caduta libera è quello di un paracadutista che salta da un aereo, prima di aprire il paracadute. In quel momento, il paracadutista non sente il suo peso, ma solo la gravità che lo attrae verso il basso.
Gli astronauti sono in caduta libera perché si trovano in orbita attorno alla Terra, come i satelliti o la Luna. Per entrare in orbita, gli astronauti devono raggiungere una certa velocità, che dipende dall’altitudine e dalla forma dell’orbita, ad esempio per entrare in un’orbita circolare a 400 km di altitudine, come quella della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), gli astronauti devono viaggiare a circa 7.8 km/s, ovvero circa 28.000 km/h.
A questa velocità, gli astronauti cadono verso la Terra, ma si muovono anche lateralmente, mancando sempre il nostro pianeta, e l’equilibrio tra la forza gravitazionale e la forza centrifuga fa sì che gli astronauti rimangano in orbita, senza avvicinarsi od allontanarsi dalla Terra.
Quando gli astronauti sono in orbita, non sentono il loro peso, perché le forze che agiscono su di loro sono approssimativamente bilanciate, nonostante ciò, la gravità nello spazio è ancora presente, e varia in base alla distanza dalla Terra. Più gli astronauti si avvicinano alla Terra, più la gravità nello spazio aumenta.
Più gli astronauti si allontanano dalla Terra, più la gravità nello spazio diminuisce, e questa variazione crea delle differenze di forza tra le varie parti del corpo e degli oggetti, chiamate forze di marea. Le forze di marea sono responsabili delle maree sulla Terra, causate dalla gravità della Luna e del Sole; nello spazio, le forze di marea possono causare dei fenomeni curiosi, come la formazione di gocce sferiche di liquido, o la levitazione di piccoli oggetti.
La caduta libera nello spazio è quindi diversa dalla vera assenza di gravità, che si verifica solo in un punto teorico chiamato punto di Lagrange. Un punto di Lagrange è un punto nello spazio dove la gravità di due corpi celesti si annulla, creando una zona di stabilità. Ci sono cinque punti di Lagrange per ogni coppia di corpi, ma solo due di essi sono stabili: il punto L4 ed il punto L5.
Questi punti di Lagrange si trovano sui vertici di due triangoli equilateri, uno che precede ed uno che segue il pianeta minore lungo la sua orbita attorno al pianeta maggiore, ad esempio, ci sono due punti di Lagrange stabili tra la Terra e il Sole, uno a circa 150 milioni di km davanti alla Terra ed uno a circa 150 milioni di km dietro la Terra.
In questi punti, la gravità della Terra e del Sole si annulla, e un oggetto può rimanere fermo rispetto alla Terra, senza cadere o sfuggire; questi punti sono ideali per posizionare dei satelliti di osservazione, come il telescopio spaziale James Webb, lanciato nel 2021 e posizionato nel punto L2 tra la Terra e il Sole.
Come si vive in microgravità?
La vita in microgravità presenta delle sfide e delle opportunità per gli astronauti e per la ricerca spaziale. Da un lato, la microgravità permette di svolgere delle attività che sarebbero impossibili o difficili sulla Terra, come camminare sulle pareti, fare capriole in aria, o manipolare dei fluidi senza contenitori.
La microgravità offre anche la possibilità di studiare dei fenomeni fisici, chimici e biologici in assenza di peso, come la formazione dei cristalli, la combustione, o la crescita delle piante. Questi studi possono portare a delle scoperte scientifiche e a delle applicazioni tecnologiche utili per la società.
Dall’altro lato, la microgravità comporta dei rischi e dei problemi per la salute e il benessere degli astronauti e per il funzionamento delle attrezzature. La microgravità provoca dei cambiamenti fisiologici negli astronauti, come la perdita di massa muscolare e ossea, la riduzione del volume del sangue, la diminuzione della pressione arteriosa, l’alterazione del sistema immunitario, e la compromissione della vista.
Per prevenire o limitare questi effetti, gli astronauti devono seguire una dieta equilibrata ed un programma di esercizio fisico regolare, che richiede circa due ore al giorno.
La microgravità causa anche dei disturbi psicologici negli astronauti, come lo stress, l’ansia, la depressione, l’insonnia, ed il senso di isolamento. Per affrontare questi problemi, gli astronauti devono mantenere una buona comunicazione con i loro colleghi e con le loro famiglie, ed avere delle attività ricreative e di svago.
La microgravità influisce anche sul funzionamento delle attrezzature, come i sistemi di ventilazione, di raffreddamento, di alimentazione, e di smaltimento dei rifiuti. Per garantire la sicurezza e l’efficienza delle operazioni, gli astronauti devono monitorare e controllare costantemente questi sistemi, e intervenire in caso di guasti od anomalie.
In questo articolo, abbiamo visto cosa sia la gravità, come funziona e come si manifesta nello spazio. Abbiamo scoperto che la gravità nello spazio non scompare mai, ma gli astronauti fluttuano perché sono in caduta libera, tra l’altro abbiamo anche visto come la microgravità sia una condizione che offre delle opportunità e delle sfide per gli astronauti e per la ricerca spaziale.
ENGLISH
A simple and clear explanation of what gravity is, how weightlessness is achieved in space and what challenges and opportunities it offers.
If you've ever seen a movie or documentary set in space, you've probably noticed that astronauts appear to be floating freely, without any force keeping them on the ground. This phenomenon is often called zero-G, as if there were no gravity in space. But is it really like that? Is there really a place in the universe where gravity doesn't exist? And if not, why do astronauts float?
In this article, we will try to answer these questions, explaining what gravity is, how it works and how gravity manifests itself in space. We'll also see how astronauts use gravity in space to get into orbit and how they adapt to life in microgravity.
Finally, we will discover what effects microgravity has on the health and well-being of astronauts and what challenges and opportunities it offers for space research and exploration.
What is gravity?
Gravity is one of the four fundamental forces of the universe, along with the electromagnetic force, the strong nuclear force and the weak nuclear force. These forces are responsible for all interactions between the particles and bodies that make up matter. Gravity is the force that attracts two objects that have mass, such as the Earth and the Moon, or the Sun and the planets.
Gravity is also the weakest force among the four, but we don't notice it because gravity adds. The more massive a body is, the greater its gravitational attraction. Because of this, the Earth's gravity is much stronger than that of a tennis ball, even though both have mass. The Sun's gravity, however, is much stronger than that of the Earth, because the Sun is much more massive.
Gravity follows the rules described by Albert Einstein in his theory of relativity, but its functioning can be described with fair approximation with a mathematical law called the law of universal gravitation, formulated by Isaac Newton in the 17th century. This law says that the gravitational force between two objects is directly proportional to the product of their masses and inversely proportional to the square of the distance that separates them. In other words, gravity increases if the masses increase or if the distance decreases, and vice versa.
The formula allows us to calculate the gravitational force between any pair of objects, provided we know their masses and their distance. For example, we can calculate the gravitational force between the Earth and the Moon, knowing that the mass of the Earth is approximately 5.97×1024 kg, that of the Moon is approximately 7.34×1022 kg and the average distance between the two is approximately 3.84×108 m . Substituting these values into the formula, we get 1.98×1020 N.
This means that the Earth and the Moon attract each other with a force of about 1.98×1020 newtons, which is huge. But why don't we see the Moon falling to the Earth, or the Earth falling onto the Sun? The answer is that gravity is not the only force acting on these bodies. There's also a force that pushes them to move sideways, called centrifugal force, a force proportional to the mass, speed, and radius of an object's orbit.
Centrifugal force is the force we feel when we are in a spinning car, or on a rotating carousel and it is the force that pushes us outwards, away from the center of the curve or rotation, furthermore centrifugal force is also the force that balances gravity and allows objects to remain in orbit.
If the centrifugal force is equal and opposite to the gravitational force, the object moves in a circular orbit, while if this is greater or less than the gravitational force, the object moves in an elliptical orbit. If the centrifugal force is much greater than the gravitational force, the object escapes orbit and moves away into space.
How is weightlessness achieved in space?
From what we have seen, gravity in space never disappears, at any point. So why do astronauts float? The answer is that astronauts are not truly weightless, but are in free fall. Free fall is the state of a body falling under the effect of gravity alone, without other forces to counteract it.
An example of free fall is that of a skydiver jumping from a plane, before opening the parachute. At that moment, the parachutist does not feel his weight, but only the gravity that pulls him downwards.
Astronauts are in free fall because they are in orbit around the Earth, like satellites or the Moon. To enter orbit, astronauts must reach a certain speed, which depends on the altitude and shape of the orbit, for example to enter a circular orbit at 400 km altitude, such as that of the International Space Station (ISS), astronauts must travel at about 7.8 km/s, or about 28,000 km/h.
At this speed, astronauts fall towards Earth, but they also move sideways, always missing our planet, and the balance between gravitational force and centrifugal force causes astronauts to remain in orbit, without approaching or receding from Earth .
When astronauts are in orbit, they do not feel their weight, because the forces acting on them are approximately balanced, despite this, gravity in space is still present, and varies depending on the distance from Earth. The closer astronauts get to Earth, the more gravity in space increases.
The further astronauts move from Earth, the more the gravity in space decreases, and this variation creates differences in force between various parts of the body and objects, called tidal forces. Tidal forces are responsible for the tides on Earth, caused by the gravity of the Moon and Sun; in space, tidal forces can cause curious phenomena, such as the formation of spherical drops of liquid, or the levitation of small objects.
Free fall in space is therefore different from true weightlessness, which occurs only at a theoretical point called the Lagrange point. A Lagrange point is a point in space where the gravity of two celestial bodies cancels out, creating a zone of stability. There are five Lagrange points for each pair of bodies, but only two of them are stable: the L4 point and the L5 point.
These Lagrange points are located on the vertices of two equilateral triangles, one preceding and one following the minor planet along its orbit around the major planet, for example, there are two stable Lagrange points between the Earth and the Sun, one about 150 million km in front of the Earth and one about 150 million km behind the Earth.
At these points, the gravity of the Earth and the Sun cancels out, and an object can remain stationary relative to the Earth, without falling or escaping; these points are ideal for positioning observation satellites, such as the James Webb Space Telescope, launched in 2021 and positioned at the L2 point between the Earth and the Sun.
How do you live in microgravity?
Life in microgravity presents challenges and opportunities for astronauts and space research. On the one hand, microgravity allows you to carry out activities that would be impossible or difficult on Earth, such as walking on walls, doing somersaults in the air, or manipulating fluids without containers.
Microgravity also offers the possibility of studying physical, chemical and biological phenomena in weightlessness, such as the formation of crystals, combustion, or plant growth. These studies can lead to scientific discoveries and technological applications useful for society.
On the other hand, microgravity poses risks and problems for the health and well-being of astronauts and for the functioning of equipment. Microgravity causes physiological changes in astronauts, such as loss of muscle and bone mass, reduction in blood volume, decrease in blood pressure, alteration of the immune system, and impaired vision.
To prevent or limit these effects, astronauts must follow a balanced diet and a regular exercise program, which requires about two hours a day.
Microgravity also causes psychological disorders in astronauts, such as stress, anxiety, depression, insomnia, and a sense of isolation. To address these problems, astronauts must maintain good communication with their colleagues and families, and have recreational and leisure activities.
Microgravity also affects the functioning of equipment, such as ventilation, cooling, power, and waste disposal systems. To ensure the safety and efficiency of operations, astronauts must constantly monitor and control these systems, and intervene in case of failures or anomalies.
In this article, we have seen what gravity is, how it works and how it manifests itself in space. We discovered that gravity in space never disappears, but astronauts float because they are in free fall. Among other things, we also saw how microgravity is a condition that offers opportunities and challenges for astronauts and for space research.
Da:
https://reccom.org/gravita-nello-spazio-4-cose-da-sapere-su-come-funziona/?fbclid=IwAR2aW3uhCKIHzLJDyGTJ_m5nT7VqtsjM5GuUmOTndHKLpt_DEuXYXB8ik7M
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