0374. Un astronauta risente dell'accelerazione?

Vorrei sapere se un astronauta rinchiuso nella sua navicella spaziale pressurizzata (lo stesso ambiente che troviamo all'interno di un aereo in volo), risente di un'accelerazione del tipo da zero a 3000 km/h in 10 secondi. Mi spiego meglio, dato che sulla terra a causa della forza di gravità una persona all'interno di un qualsiasi veicolo si schiaccerebbe nella direzione opposta al moto (tipo quando acceleriamo con la macchina e ci sentiamo un poco di più schiacciati sul sedile), vorrei sapere se nello spazio in assenza di tale forza di gravità avrà la stessa sensazione e se si. Perché? (Luciano Catuogno) (2238_3217_5577)


sem_esperto_verde Ho l’impressione che nella letteratura divulgativa gli argomenti non vengono sempre esposti con sufficiente chiarezza e che questo abbia potuto ingenerare una certa confusione tra effetti dovuti all’attrazione gravitazionale e le forze apparenti icona_glossario che si manifestano nei sistemi di riferimento non inerziali icona_glossario .

Gli effetti di “schiacciamento”, cui si riferisce il nostro web-nauta nella frase “…quando acceleriamo con la macchina e ci sentiamo un poco di più schiacciati sul sedile”, sono unicamente dovuti alla comparsa di forze apparenti che si manifestano quando si descrive il moto in un sistema di riferimento non inerziale e non hanno nulla a che vedere con l’accelerazione di gravità. Pertanto, questi effetti non-inerziali si manifesteranno sia in presenza che in assenza di gravità.

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Nota redazionale SxT

Per chiarire il concetto di forze apparenti è interessante rivisitare

la domanda-risposta relativa al secchio di Newton.

Sempre su ScienzaPerTutti icona_esperto[132] .

Si vedono spesso le immagini di alcune capsule spaziali in cui la forza di gravità sembra essere assente, pur essendo la gravità, a quella quota, di poco minore di quella presente alla superficie terrestre. La forza di gravità è in effetti presente ma viene bilanciata dalle forze non inerziali proprie del sistema di riferimento rotante in cui si trova l’astronauta.

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In un viaggio in aereo, durante il decollo ci si sente spinti all'indietro contro il sedile. Questa spinta costituisce la forza inerziale che si manifesta nel sistema di riferimento dell'aeroplano in accelerazione; analogo fenomeno si manifesta quando, in un autobus in frenata (decelerazione), ci si sente spinti in avanti. Un semplice esperimento può essere eseguito munendosi di un dado di bullone che, tenuto sospeso mediante uno spago prima del decollo, definirà la direzione "verticale". Durante il decollo, lo spago si orienterà “all'indietro”, di 5-10 gradi circa.

Le forze inerziali percepite dagli astronauti di una capsula spaziale durante il lancio sono molto più intense. La capsula accelera a circa 2-3 g, per cui la forza aggiuntiva avvertita dagli astronauti, nel loro sistema di riferimento, è 2 o 3 volte maggiore del loro peso.

Ricordiamo, a beneficio del lettore, qualche concetto di base della Meccanica Classica

- Accelerazione di gravità.

Premettiamo che l’accelerazione di gravità g su un pianeta di massa M e raggio R è data dalla ben nota formula:

g = GM/R2

Sulla Terra otteniamo :

g = 6.6742 x 10-11 x 5.9736x 10-24/(6.37101 x 106 )2 m/s2 =9.822 m/s 2 ,

che costituisce una buona approssimazione del valore medio di g. sulla Terra. Esistono infatti piccole differenze essenzialmente ascrivibili al fatto che la Terra non è una sfera perfetta e non è omogenea. Allontanandosi a distanza h dalla superficie terrestre, l’accelerazione di gravità diminuisce secondo la formula:

g = GM/(R+h)2 =39,8690 x1013/(6.37101 x 106 +h) 2m/s2

- Sistemi di riferimenti inerziali

Il lettore troverà negli scaffali scaffali di ScienzaPerTutti, al n° 19 (riferimento domanda-risposta 313), una breve introduzione alla Dinamica icona_pdf la cui conoscenza è sempre necessaria per discutere di moti e di accelerazioni; in particolare, troverà la formulazione del Primo Principio della Dinamica che da un lato costituisce la definizione astratta di sistema di riferimento inerziale e dall’altro indica come scegliere l’orologio adatto per una formulazione semplice delle Leggi della Dinamica.

Ricordo che nei sistemi di riferimento inerziali, ogni corpo sufficientemente lontano da tutti gli altri si muove di moto rettilineo e che lo scorrere del tempo può essere scelto in modo che il moto appaia anche uniforme.

Ai fini della formulazione delle leggi fisiche (Principio di Relatività di Galileo icona_biografia esteso da Einstein icona_biografia anche all'elettromagnetismo), tutti i sistemi di riferimento inerziali sono equivalenti. Le leggi di forza tra i corpi, espresse in riferimenti inerziali, risultano dipendere solo dalle posizioni relative e dalle velocità dei corpi interessati. Nei riferimenti non inerziali si manifestano delle forze apparenti che non dipendono solo da questi parametri.

Il concetto di forza esercitata tra corpi nasce proprio dalla necessità di rendere conto della deviazione dal moto rettilineo, in riferimenti inerziali, di corpi non sufficientemente lontani tra loro.

Gaetano Vilasi – Fisico


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