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.
perchè c’è la forza centrifuga
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
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.
Anche la Terra sta girando, quindi non è un sistema inerziale, quindi ad essere precisi c’è un po’ di forza centrifuga
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.
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.
Secondo me non e’ corretto perche la forza di gravita esiste per inerzia del corpo celeste esposto ad una velocita pari o superiore al suo asse modificato di m^\01..quindi non puo essere definito cosi.. meglio essere chiari e sintetici grazie
Sostituirei a “forza centrifuga” il concetto di “campo di gravità centrifugo”, che si oppone al campo di gravità centrale e attrattivo.
forza centripeta. non centrifuga. la forza centrifuga è apparentente e non compie lavoro
Ed invece è il classico errore che si fa cecando di semplificare. La forza centrifuga non c’entra. Stiamo parlando di microgravità e non del perché l’iss e gli astronauti non si schiantano al suolo. Se, some dici tu la ISS smettesse di girare, si schianterebbe al suolo certo! Ma per tutto il percorso gli astronauti sarebbero in microgravità. Il fatto che sia in orbita (e quindi in equilibrio) prolunga in modo perpetuo il fenomeno, ma non lo influenza.
(Escudendo ovviamente gli attriti)
Guarda non credo sia cosi, la forza centrifuga ed e’ abbastanza chiaro ma neanche l’attrito centra nulla perche altrimenti si schianterebbe al suolo.. segui la formula m/2^*}k ed e’ piu semplice da capire fidati.. ci sono voluti Molti studi per arrivare a questa conclusione ma poi ho capito.. poi se la forA di gravita viene vista come fenomeno aereodinamico allora si puo parlare di un’inversione di magnetismo assiale composito.. ma questo e’ un altro aspetto assai difficile da comprendere
centripeta.
la iss viaggia anche di suo a 27.600 km orari, “contrastando” l’attrazione gravitazionale terrestre. Ma è comunque in caduta libera
*accelerazione, centripeta .
lui lo spiega bene:
https://m.youtube.com/watch?v=AbUgeDEn6Jc
no, forse ha detto un paio di enormi cavolate quello che ho messo nel link ahaha lo sto riascoltando meglio. ok, lascia stare
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…
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.
Considerare solo la distanza dal centro della Terra è una semplificazione: quella del “punto materiale” della Cinematica, branca della Fisica Meccanica (di cui ci hanno parlato a scuola). In realtà la situazione è più complessa perché ogni “pezzo” (anche infinitesimo) di pianeta interagisce con altri corpi (con le loro parti infinitesimali) che siano o no poggiati sulla superficie.
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/ )
Certo che no calcolarla non e’ facile ma con un po di ragionamenti ci sono arrivato.
Basta fare 10000/3456-345{jfbfn/‘dm il risultato chiaramente e’ 4.5.
Quindi si puo dedurre che l energia emanata dal campo terrestre cala gradualmente avvicinandosi all asse terrestre
A quattrocento km dalla superficie della terra la gravità sarebbe ridotta del 10% e a 2500 km è nulla .E inizia l’esosfera, lo “spazio”. E la luna che si trova a 380000 km da quale gravità è influenzata? …
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.
C’è scritto nella fase iniziale (accelerazione)……non hai letto con attenzione!
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
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
Si tratta di accelerazione dovuta alla forza centrifuga che, in un moto circolare uniforme, è proporzionale al quadrato della velocità (costante).
Quindi è determinante là velocità di rotazione della stazione orbitante: se troppo bassa precipita, se troppo alta sfugge, o no?
In prima approssimazione la velocità determina a quale quota si trova la stazione. Se consideriamo la forza centrifuga come dice Mauro, questa dipende dalla velocità e la forza di gravità dal raggio dell’orbita (cioè la quota), perché la stazione non cada devono uguagliarsi, quindi si trova la relazione tra le due.
L’accelerazione (continua) c’è ed è quella centrifuga, necessaria ad impedire la caduta della ISS al suolo per effetto dell’attrazione gravitazionale del nostro pianeta.
In risposta alla domanda “la forza della gravità è invariata dal big bang, in 13 miliardi di anni?” non so da chi e quando pubblicata (non mi pare che il blog funzioni bene, almeno sul mio pc giungono molti msg d’errore tipo pagina non trovata) sostengo che non vi è alcuna ragione per sostenere l’invarianza della forza di gravità, dalla notte dei tempi ad oggi, in uno (o ciascuno) dei punti dello spazio. Questo “macroscopicamente” a causa delle infinite variazioni della natura e della quantità della materia presente -ripeto l’espressione di prima- in uno o ciascuno dei punti dello spazio. Ma anche la “costante gravitazionale” (quel numerello che moltiplica il prodotto di due masse per l’inverso della reciproca distanza nella formula che fornisce la forza d’attrazione tra loro) potrebbe essere variata, a causa di diversa proporzione fra materia ed antimateria presente in uno o ciascuno dei punti dello spazio. Ora, l’antimateria è scoperta relativamente recente (assieme alle cosiddette materia oscura ed energia oscura) e, da quel che ho capito trattasi di argomenti non ancora del tutto chiariti. Qui mi fermo perché certamente non sono un fisico teorico ma solo un appassionato: bello sarebbe che un fisico teorico “vero” partecipasse a questo blog.
E poi …Einstein : i corpi celesti modificano lo spazio-tempo e il pianeta ruota intorno perchè è modificato il suo “ambiente”. Tant’è vero che persino i fotoni (privi di massa) cambiano la traiettoria.