La gravità c’è ma non si vede

Guardate la fotografia in alto e provate a rispondere a una domanda: “Perché sulla ISS le cose e le persone fluttuano?” Se sapete già la risposta provate a porre questa domanda a un buon numero di vostri amici. Ora, a meno che non abbiate molti amici appassionati di scienza, la maggior parte delle risposte suonerà circa così: “Perché non c’è la forza di gravità” o più ottimisticamente “Perché la gravità è poca”. Bene, queste risposte sono sbagliate.
La Stazione Spaziale Internazionale si trova a circa 400 chilometri di distanza dalla superficie terrestre, ben oltre l’atmosfera, e orbita intorno al nostro pianeta a più di 27 mila chilometri all’ora, compiendo 15 giri della Terra ogni giorno terrestre. A questa distanza la forza di attrazione gravitazionale è ridotta di poco più del 10% rispetto a quella sulla superficie della Terra, decisamente troppo poco per rendere le cose prive di peso. Quindi perché gli oggetti e le persone fluttuano sulla ISS, e perché quest’ultima non precipita sul nostro pianeta? Per capirlo vediamo cosa significa esattamente che un oggetto “orbita intorno al nostro pianeta”. Se lanciate un oggetto da una certa altezza, o con una certa angolazione, e gli imprimete una velocità iniziale, questo compirà una traiettoria parabolica che si concluderà quando tocca il suolo. La gittata del lancio sarà tanto più lunga quanto sarà alta la velocità iniziale. Ora immaginate di sparare un oggetto da così in alto e così veloce da fargli compiere l’intero giro della Terra e farlo tornare al punto di partenza prima di toccare il suolo. Complimenti, avete appena messo in orbita un corpo. Proprio con questo esempio nel 1687 Isaac Newton spiega come la forza responsabile della caduta dei corpi sulla Terra sia la stessa che tiene la Luna in orbita attorno al pianeta. Il nostro satellite, e tutti gli altri oggetti lanciati nello spazio negli anni seguenti, non sono nient’altro che corpi in caduta libera che non raggiungono mai il suolo.

Spostiamo quindi la nostra attenzione su cosa accade a un corpo in caduta libera. Per farlo ricorreremo ad un altro esperimento, questa volta più facile da mettere in pratica. Mettete una bilancia (del genere a molla, come le bilance pesapersone, non a due bracci) in un ascensore, ponetegli sopra un oggetto e prendete nota della misura del peso. Ora premete un pulsante di un piano superiore e appena l’ascensore inizierà a muoversi controllate come si comporta la bilancia: dovrebbe indicare un peso maggiore. Ciò è dovuto al fatto che l’accelerazione dell’ascensore, per un osservatore interno all’ascensore stesso, si somma a quella di gravità facendo sembrare l’oggetto più pesante. Ripetiamo ora l’esperimento facendo però scendere l’ascensore: il risultato sarà che la bilancia indicherà un peso inferiore poiché l’accelerazione in questo caso si sottrae e l’oggetto sembrerà più leggero. A questo punto verrebbe da chiedersi quale sia l’accelerazione necessaria a far sembrare l’oggetto privo di peso. La risposta è 9,81 m/s^2, proprio l’accelerazione di gravità: l’ascensore e i corpi al suo interno dovrebbero essere in caduta libera. Se non sapessimo di essere in un ascensore che precipita sembrerebbe quindi di trovarsi in un posto privo di gravità.

Abbiamo detto che la Stazione Spaziale Internazionale e i suoi occupanti orbitano intorno alla Terra, il che vuol dire che, come tutti i corpi orbitanti, sono in caduta libera e un corpo che cade è come se fosse privo di peso; questo fenomeno è detto microgravità. Ecco infine la risposta alla domanda iniziale.

Ad essere precisi sulla ISS c’è un piccolo residuo di gravità. Questo è dovuto ad alcuni attriti con ciò che rimane dell’atmosfera terrestre, ma anche alla struttura stessa della stazione: la ISS, infatti, è composta da più moduli che hanno delle piccole oscillazioni gli uni rispetto agli altri. L’effetto complessivo di tutte queste perturbazioni è una gravità di circa un milionesimo di quella terrestre.

Non bisogna però recarsi necessariamente nello spazio per sperimentare la microgravità. Gli astronauti per addestrarsi usano quelli che vengono simpaticamente chiamati “Vomit Comet”. Si tratta di aerei che compiono un volo parabolico al fine di simulare l’assenza di peso. Iniziano a salire e ad accelerare per una trentina di secondi, dopo di che si spengono i motori, l’aereo continua a salire per poi precipitare, i passeggeri a questo punto si ritrovano a fluttuare essendo in caduta libera. Dopo una caduta di una ventina di secondi, i motori vengono riaccesi prima di schiantarsi al suolo, facendo tornare tutti con i piedi per terra.

 

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Author: Giorgio Garlaschelli

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  • Mastro Titta

    perchè c’è la forza centrifuga

    • Giorgio Garlaschelli

      Si, può essere un altro modo di vedere la questione. Si introduce una forza apparente perché il sistema di riferimento non è inerziale. Esattamente come il “finto” aumento (o diminuzione) di peso nell’ascensore

      • giuseppe d

        La risposta di Titta è la “risposta giusta” e anche la più semplice da capire senza tanti giri di parole: due forze “uguali” e contrarie – la gravità e la centrifuga – si annullano. Ecco perché la ISS non cade giù! Se smettesse di girare, lo farebbe (vedi gli asteroidi). E infatti, per fare cadere già un satellite gli si impone spesso una forza aggiuntiva verso il basso (con dei razzi).
        Sulla supefricie della terra la forza centrifuga è inesistene e inoltre c’è anche il peso dell’aria.

        • Giorgio Garlaschelli

          Anche la Terra sta girando, quindi non è un sistema inerziale, quindi ad essere precisi c’è un po’ di forza centrifuga

          • giuseppe d

            certo è più esatto. ma è proprio quell’ un po’ che – bilanciato con la pressione atmosferica – “annulla” la forza centrifuga. Sulla luna questo non capita perché oltre ad essere minore la gravità, è assente anche l’atmosfera.

        • Maurizio Micheli

          A mio avviso la spiegazione più intuitiva è che nell’ISS gli astronauti sono sottoposti alle stesse forze dell’ISS stessa. Invece se si fa cadere una penna su un tavolo, la penna è soggetta alla sola forza di gravità, mentre il tavolo anche alla resistenza del pavimento uguale e contraria.

        • Stefano Russo

          Sostituirei a “forza centrifuga” il concetto di “campo di gravità centrifugo”, che si oppone al campo di gravità centrale e attrattivo.

  • Soldato Biancaneve

    domanda: nella ISS essendo la gravità ridotta di circa il 10% rispetto a quella terrestre, l’accelerazione verso il basso (necessaria per fluttuare senza peso) è sempre 9,81 m/s2?? a mio parere no…

    • Max

      Esatto, NON è 9,81 m/s^2, che rappresenta l’accelerazione di gravità MEDIA presente sulla superficie terrestre.
      L’accelerazione di gravità è inversamente proporzionale al quadrato del distanza dal centro della terra.

    • Giorgio Garlaschelli

      Come dice correttamente Max, g dipende dalla distanza dal centro della Terra. Il valore di g cambia persino in vari punti della superficie terrestre a causa, ad esempio, dell’altitudine o del fatto che il nostro pianeta non è perfettamente sferico (su questo ultimo aspetto ecco un articolo sempre dal nostro blog:
      https://www.scientificast.it/2017/07/27/la-terra-non-e-sferica-la-forma-segreta-del-nostro-pianeta/ )

  • filov pelliv

    Vi è un errore, o una imprecisione nella vostra argomentazione. L’analogia della molla in ascensore non è corretta: la bilancia segnalerà un peso maggiore o minore solo per il tempo molto breve di accelerazione o decelerazione; dopodichè l’ascensore prosegue a velocità costante e la bilancia segnerà il solito peso.

    • alessandro zadra

      C’è scritto nella fase iniziale (accelerazione)……non hai letto con attenzione!

    • Giorgio Garlaschelli

      Ad essere precisi è sempre vero che l’accelerazione dell’ascensiore si somma (o sottrae) a quella di gravità, persino in caso di moto rettilineo uniforme, solo che in quest’ultimo caso il valore dell’accelerazione dell’ascensore è nulla.
      Il cambio del valore indicato sulla bilancia durerà per tutto il tempo in cui l’ascensore accelera ( e se l’accelerazione non è costante cambierà valore ), per fortuna in un esperimento mentale possiamo far durare questo tempo quanto vogliamo

  • Pasquale Striano

    La diminuzione di peso si verifica solo con l’accelerazione: quindi la stazione e’ continuamente in accelerazione? non raggiunge mai una velocità inerziale? spiegatemi per favore. Grazie

    • mauro cosenza

      Si tratta di accelerazione dovuta alla forza centrifuga che, in un moto circolare uniforme, è proporzionale al quadrato della velocità (costante).