Bien, como dice el título, vamos a abordar esta típica pregunta que suele venir a la cabeza. Empecemos con una buena analogía debida a un gran profesor mío de este curso (muchas gracias Pedro).
Imaginémonos en la Estación Espacial Internacional (ISS), a la velocidad vertiginosa de 28,000 km/h y a una altura de unos 400 km por encima de la superficie terrestre. Como muy bien sabemos, los astronautas que se encuentran en ella haciendo labores de mantenimiento e investigación se encuentran flotando, “ingrávidos”. ¿Quién no ha visto el típico vídeo de un astronauta jugando con una gota de agua que, en estas condiciones, se hace prácticamente esférica? Os dejo la URL para que le echéis un vistazo:
https://www.youtube.com/watch?v=RAl3LS_xtt8 (tiempo 1:15)
Dicho esto, si ahora se os preguntase cuál es el valor de la gravedad en la ISS muchos podríais pensar que tiene un valor cercano a cero, muy pequeño pero suficientemente grande como para que la ISS no salga disparada hacia la infinidad del espacio. Bien, amigos míos, pues el valor es muy simple de obtener, aplicando la clásica Ley de gravitación de Newton como se ve en la siguiente figura:
Nota: véase que se ha empleado ese cociente entre gravedades para evitar disponer del valor de la constante gravitatoria G y de la masa de la Tierra, ya que lo que interesa no es el valor en sí de g, sino la relación entre dos valores distintos de g. Típico truquillo matemático muy útil.
Como se ve en los resultados, el valor de g a la altura de la ISS es de casi el 90% del valor de la g original, a la altura de la superficie terrestre. Entonces cabe pensar, ¿Cómo es que siguen flotando los astronautas? Bien, la respuesta es tremendamente simple, pero la responderemos según cómo se formuló por primera vez:
Imaginemos que, en el patio de nuestra casa, tenemos una pelota de fútbol (o de tenis, lo que más te guste y con más fuerza seas capaz de lanzar). Primero dejamos caer la pelota: como esta se ve atraída por g, caerá en unos instantes de tiempo X al suelo. Ahora imaginemos que le imprimimos una pequeña velocidad horizontal, como si se la quisiésemos pasar a un colega situado a unos metros. Como sabemos por la experiencia, la pelota recorrerá unos ciertos metros en horizontal (la distancia hasta nuestro colega) y caerá en el mismo tiempo X, pues la única fuerza que actúa verticalmente sigue siendo la gravedad, y la altura a la que la hemos tirado es la misma.
Bien, ahora algo más de imaginación: imaginémonos que subimos a un torreón, por ejemplo porque el patio de nuestra casa se encuentra en nada más y nada menos que el Burj Khalifa de Dubai, a 828 metros de altura. Si le imprimimos una cierta velocidad como antes, la pelota avanzará en horizontal y seguirá cayendo de forma vertical debido a la fuerza de atracción gravitatoria, con la diferencia de que ahora la altura es “un poco mayor”. Bien, ¿Dónde reside la diferencia? En que la Tierra es redonda (sí, por si hay algún tierraplanista, le dejo por aquí una evidencia clara de la esfericidad de la Tierra: cuando un barco de vela se aleja al mar profundo en un día soleado de buena visibilidad, vemos cómo desaparece empezando por dejar de ver la parte de abajo del barco, hasta que lo último que vemos es la parte superior del mástil. Esto si fuese plana no sería así, pues siempre verías todo el barco, solo que cada vez en una escala más reducida).
Ilustremos cómo afecta la esfericidad en las condiciones comentadas del Burj Khalifa con una figura:
Como se puede apreciar, dada la esfericidad de la Tierra, si le conseguimos imprimir un impulso tal que, en el esfuerzo de caer verticalmente la pelota, esta “se quede sin Tierra debajo” donde hacerlo y, por tanto, se encuentre continuamente cayendo hacia la Tierra, habremos conseguido poner un Satélite en órbita. Así que sí, podemos definir a un satélite en órbita como a un objeto que continuamente se encuentra cayendo hacia la Tierra (esto incluye a la Luna con la Tierra, la Tierra con el Sol, nuestro Sistema Solar respecto al super agujero negro del centro de la Galaxia, etc.).
O sea, la velocidad vertiginosa de la ISS (28,000 km/h) es la causante principal de que no se caiga a la Tierra, y es gracias a la gravedad que tira la que ayuda a que este no salga disparado volando (si se supera la velocidad de escape, saldría tangencialmente disparado).
Disipadas las dudas sobre esto, ¿Por qué los astronautas flotan? Muy simple, pues la fuerza que actúa sobre estos (la gravedad), es la misma que actúa sobre toda la Estación Espacial Internacional, ya que la fuerza gravitatoria actúa por masa, y no por contacto directo (se dice en términos técnicos que es una fuerza de volumen, y no de superficie), así que todo el conjunto persona-ISS se encuentran “cayendo” continuamente, no solo la estación espacial (cuando una persona cae, por ejemplo porque se tira en paracaídas, o porque se corta el cable de un ascensor, se experimenta esa misma sensación de “ingravidez”; ¡Pues aquí es lo mismo! Están cayendo).
Véase la diferencia con una curva a izquierdas en un coche, donde existe una fuerza centrípeta (siendo una fuerza de superficie) que le permite trazar la curva al objeto, pero esta se consigue solo a través de las ruedas del coches y su rozamiento con el asfalto, con lo cual la persona que va dentro no experimenta directamente esa misma fuerza que el coche como sí pasaba con la ISS, y por eso nuestro compañero motorizado se chocará con la cabeza contra la parte derecha si no va muy atento.
Disipadas las dudas, aquí lo tenemos: cuando algo órbita está “cayendo continuamente”, y recuerda: si por algún casual la velocidad de este objeto se ve reducida (rozamientos con el aire, etc.), empezará a caer y podría finalmente estrellarse contra la superficie debido a la gravedad. Os dejo el ejemplo de una Estación Espacial China, a la que le pasó esto precisamente: http://bit.ly/QS-MFL01
Manuel Ferreira Lorenzo
Estudiante de Ingeniería en Tecnologías Industriales
Manuel Ferreira Lorenzo
Me gradué en Ingeniería en Tecnologías Industriales por la Universidad de Málaga y la Universidad de Vigo. Ahora estudio Física en King’s College London.
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