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Não existe gravidade no Espaço?



         Diferente do que muitos pensam, não existe ´zero gravidade´ no espaço. A todo momento estamos sendo atingidos pelo efeito gravitacional de um corpo, seja planeta, estrela, ou, em última instância, por qualquer corpo ao redor de nós (a influência gravitacional é imperceptível nesse caso). Mesmo no meio do vácuo espacial, longe de qualquer corpo, existe gravidade nos atingindo, em menor escala. Ora, gravidade é o que mantém a Lua presa à Terra, a Terra presa ao Sol, e o Sol preso à Via Láctea. Portanto, dentro da nossa galáxia existe gravidade para todo lado, isso sem contar a presença de Matéria Escura (1). Mas, então, como é que os astronautas ficam flutuando nas estações, "sem gravidade alguma"?

A força gravitacional (Fg) é representada pela equação acima, onde P1 e P2 são as massas de dois corpos em atração mútua e r é a distância entre eles, ou seja, a força gravitacional é diretamente proporcional à massa dos corpos e indiretamente proporcional à distância entre eles; G é a constante gravitacional

           Aplicando a equação acima entre o centro da Terra e a localização de uma estação espacial (entre 330 e 450 km de altitude), a gravidade sentida pelos astronautas nessas órbitas corresponde a uma aceleração próxima de 8m/s2, a qual é muito próxima à da superfície da Terra (próximo de 10m/s2). Em outras palavras, ela representa 90% da gravidade que sentimos na superfície do planeta! Os astronautas só não ficam presos ao chão da nave porque esta está circundando o planeta em uma velocidade altíssima, caindo junto com a curvatura da Terra. Ou seja, a estação espacial está caindo junto com os astronautas em direção ao nosso planeta e, por isso, eles não conseguem ficar presos ao chão dela. Esse é o motivo de tudo ficar ´flutuando´ dentro da estação. E lembrem-se: onde eles estão é, virtualmente, vácuo. Portanto, tudo caíra com a mesma aceleração, não importando se é uma pena ou uma bola de chumbo, já que não existe resistência do ar. Essa queda livre, resultando em sensação de ´falta de gravidade´, é chamada de ´microgravidade´.
  
As coisas dentro de uma estação espacial não flutuam por falta de gravidade e, sim, porque tudo está caindo ao mesmo tempo, e com a mesma aceleração, em direção à Terra

           Essa situação também é sentida quando um elevador desce muito depressa. Sentimos uma leveza momentânea (a resultante da força peso é menor) porque ele está caindo junto com a gente, mas não tão rápido a ponto dos nossos pés pararem de tocar o chão do elevador. Se ele descesse (1) com uma aceleração muito próxima de 10 m/s2, ficaríamos flutuando nele como os astronautas. Aliás, é assim que os astronautas treinam a como se comportar em ´gravidade zero´ na superfície do planeta. Eles embarcam em um avião, este sobe até uma certa altura e, praticamente, deixa-se cair em direção ao solo. Com isso, os passageiros lá dentro ficam flutuando, por estarem caindo junto ao avião.

(1) Artigo recomendado: O que são a Matéria e a Energia Escuras?

(2) E quando ele sobe depressa, sentimos nosso corpo ficar bastante pesado, pois ele está empurrando nosso corpo na direção contrária da força-peso, aumentando a resultante de forças.

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E O QUE SERIA A GRAVIDADE?

        A gravidade, nos conceitos mais modernos da física quântica, é uma curvatura no espaço-tempo causada pela presença de um corpo com massa. Qualquer corpo que possua massa distorcerá o espaço-tempo onde está imerso, o que faz com que outros corpos caiam em sua direção (3), se a massa desse último for maior. Imagine que esse espaço-tempo seja um lençol esticado, plano, com nada embaixo ou acima do mesmo. Se colocássemos uma bola de ferro em cima dele, ele irá afundar (algo semelhante ao mostrado na figura abaixo), e se tiver algo mais leve ao redor do lençol, esse deslizará em direção à bola de ferro. Isso é gravidade. Qualquer massa produz essa distorção, até mesmo você. Só que, como possuímos pouca matéria, os efeitos ao nosso redor são imperceptíveis. Para sentirmos com força a gravidade, como a do nosso planeta, ao ponto de cairmos com significativa aceleração em direção a ela, esse precisa possuir bastante massa e precisamos estar perto dele.

          Ok, mas o que transmite essa distorção no espaço ao redor de uma massa? A gravidade é uma das quatro forças elementares do Universo, junto com a Força Fraca, Força Forte e Força Eletromagnética (1). De acordo com a Física Moderna recente, todas essas três últimas forças muito provavelmente são carregadas por partículas, chamadas de ´partículas de força´. Imaginemos um próton que atrai um elétron em um núcleo atômico, ou seja, uma carga positiva que atrai uma carga negativa. Como é que o próton sente o elétron e vice-versa, mesmo ambos não estando em contato direto um com o outro? Entendeu agora? Essas partículas de força carregariam a informação eletromagnética de atração entre o próton e o elétron. Já outra partícula de força carregaria informação de repulsão quando, por exemplo, um elétron está próximo de outro elétron. Nesse caso da Força Eletromagnética, isso seria feito por fótons especiais (não os mesmos da luz). Já no caso da Força Forte, isso seria feito por glúons, e no caso da Força Fraca seria feito por bósons W e Z. Todas essas partículas viajariam à velocidade da luz (300 000 km/s), a qual é o limite imposto pela Teoria da Relatividade. Portanto, nenhuma delas é sentida instantaneamente como ficamos inclinados a imaginar. De qualquer forma, será que a Gravidade é também governada por esses tipos de partículas?

         Em laboratórios de física avançada, especialmente aceleradores de partículas, já foi possível inferir a presença das partículas acima listadas. Porém, caso seja real uma partícula gravitacional mensageira, será difícil encontrá-la, já que os seus efeitos de força seriam mínimos. Ora, apesar de acharmos que a gravidade é uma poderosa força no Universo, ela é, na verdade, muitíssimo fraca quando analisada de mais perto. Considere a força eletromagnética por exemplo. Se deixarmos um clipes de metal cair da nossa mão ele irá de encontro ao chão atraído pela força gravitacional do nosso planeta. Agora se pegarmos um pequeno ímã (um da sua geladeira, por exemplo) e prendermos o clipe nele, ele irá cair no chão? Não, ele continuará preso ao ímã, e precisaremos dar uma boa sacudia para o clipes cair. Ou seja, a força gravitacional gerada por um planeta inteiro não consegue vencer a força eletromagnética imposta por um pequenino ímã! Em números, a Força Eletromagnética é cerca de 1039 vezes mais intensa do que a gravitacional! Portanto, uma única partícula que carrega a força gravitacional interagiria muito fracamente com o seu ambiente em volta, sendo quase impossível detectá-la, e caracterizá-la, com a nossa atual tecnologia. Essa suposta partícula já até ganhou um nome, ´Gráviton´, e a busca por ela é um dos grandes desafios da Física atual. Alguns cientistas também propõem que os grávitons podem não ser tão fracos quanto parecem, já que eles poderiam compartilhar mais do que as três dimensões em que vivemos (espaço, tempo...) e terem sua força ´espalhada´ por elas. Assim, pode ser possível encontrar meios de ´puxar´ todo o poder dos grávitons até as nossas três dimensões, resultando até mesmo no surgimento de massa neles.
A força gravitacional é a mais fraca de todas e fica imperceptível frente à eletromagnética, por exemplo

        E é bom lembrar também que quanto mais longe dessa distorção espaço-tempo, menor será o efeito gravitacional sentido pelos corpos ao redor do corpo central. Por isso, nas estações espaciais, a gravidade é menor do que a sentida na superfície da Terra, mas nunca inexistente. E, claro, quanto menor a massa, menor a ´força´ gravitacional. Por isso, se pesamos 80 quilos na terra, pesaremos menos do que 13 quilos na superfície da Lua, por esta ter uma massa muito menor do que o nosso planeta. Mas, claro, peso é apenas uma aceleração gravitacional sentida pela massa de qualquer coisa quando interage com outra massa maior. A massa é independente da gravidade, e, portanto, você não vai emagrecer se for para a Lua. Na verdade, você pode até engordar mais já que o seu esforço muscular será menor lá...:D

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(3) A gravidade é melhor explicada como uma curvatura no espaço-tempo do que como uma ´força´. Essa curvatura/distorção no espaço-tempo pode ser algo difícil de ser visualizado, mas podemos resumir em termos simples o que estaria acontecendo. Todos nós estamos nos movimentando nas dimensões do espaço (altura, largura e comprimento) e na dimensão relacionada ao tempo. No tempo, estamos sempre nos movimentando. Quando estamos nos movimentando no espaço, também nos movimentamos no tempo, só que com uma desaceleração neste último proporcional à nossa velocidade total (isso explica os efeitos da Relatividade, na qual você envelhece menos caso esteja se movimentando no espaço em relação a um referencial em menor velocidade ou parado). Mas quando estamos nos movimentando apenas no ´tempo´ (ou seja, estamos parados), não nos movimentamos no espaço.

Acontece que uma massa posicionada nesse sistema espaço-tempo irá criar uma distorção tal que fará o espaço se movimentar junto com o tempo mesmo se os objetos observados não estejam se movimentando no espaço por meio de outras perturbações. Assim, mesmo sem você fazer nada (esteja parado) seu corpo irá ser puxado em direção à massa de um objeto e vice-versa, porque o tempo estará sempre fluindo. Quanto maior a massa do corpo, maior a distorção espaço-tempo, e maior a aceleração gravitacional será imposta nos corpos ao redor. Essa distorção ´espaço-tempo´ nós chamamos de gravidade, e a teoria por trás dela chamamos de Relatividade Geral.

Artigo recomendado: Nosso corpo explode no Espaço?  

REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-microgravity-58.html
  2. http://helios.gsfc.nasa.gov/qa_sp_gr.html
  3. https://einstein.stanford.edu/content/relativity/q1669.html
  4. http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/gravity.html
  5. http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2014/05/what-are-gravitons/