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Não existe gravidade no Espaço?


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         Diferente do que muitos pensam, não existe 'gravidade zero' no espaço. A todo momento estamos sendo afetados por efeitos gravitacionais, gerados pela massa de planetas, estrelas ou qualquer corpo ao nosso redor. Até em meio ao vácuo espacial, longe de qualquer corpo, existe gravidade permeando todo o espaço. Tudo que possui massa gera gravidade ao seu redor e com efeitos de longo alcance. 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 na Estação Espacial Internacional, aparentemente sem sofrer efeito significativo da gravidade terrestre, enquanto a Lua não consegue escapar da Terra?

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

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           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 em torno de 8 m/s2, a qual é muito próxima daquela na superfície da Terra (aproximadamente 9,8 m/s2). Em outras palavras, a intensidade do efeito gravitacional sobre os astronautas em órbita representa 90% da gravidade que sentimos na superfície do planeta! Os astronautas só não ficam presos ao chão da estação espacial porque esta está orbitando o planeta a uma velocidade altíssima (>28000 km/h) , caindo junto com a curvatura da Terra. Ou seja, a estação espacial está continuamente caindo junto com os astronautas em sentido (perpendicular) ao nosso planeta e, por isso, eles não conseguem ficar presos ao seu chão. Esse é o motivo de tudo ficar "flutuando" dentro da estação. 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

          Situação similar também é experienciada quando um elevador desce muito depressa. Sentimos uma leveza momentânea (a resultante da força-peso é menor) porque o elevador 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 9,8 m/s2, ficaríamos "flutuando" no seu interior 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, a aeronave é deixada cair em direção ao solo. Com isso, os passageiros lá dentro ficam "flutuando", por estarem caindo junto com o avião.

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(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 atuantes.
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E O QUE SERIA A GRAVIDADE?

        A gravidade, nos conceitos mais modernos da física Relativística (3), é entendida como 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, se a massa desse último for maior. Imagine que esse espaço-tempo seja um lençol esticado, plano, com nada embaixo ou acima. 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 gravitacional 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. De acordo com a Física Moderna, 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 (responsável por prender prótons e nêutrons no núcleo atômico), isso seria feito por glúons, e no caso da Força Fraca (responsável pela cisão das partículas, incluindo o fenômeno de decaimento radioativo) seria feito por bósons W e Z. 

          Todas essas partículas de força viajariam à velocidade da luz (300000 km/s), a qual é o limite imposto pela Teoria da Relatividade. Portanto, nenhuma delas é sentida instantaneamente como ficamos propensos a imaginar. 

          Mas será que a Gravidade é também dependente de uma partícula de força?

         Em laboratórios de física avançada, especialmente aceleradores de partículas, já foi possível inferir a presença das partículas de força associadas ao eletromagnetismo e às forças nucleares. 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 forma comparativa. 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 clipes nele, ele irá cair no chão? Não, o clipes continuará preso ao ímã, e precisaremos dar uma boa sacudia para o objeto cair. Ou seja, a força gravitacional gerada por um planeta inteiro não consegue vencer a força eletromagnética gerada 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 quatro dimensões em que vivemos (espaço e 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, na estação espacial, a força gravitacional é menor do que aquela sentida na superfície da Terra, mas nunca inexistente. E, claro, quanto menor a massa, menor a força gravitacional resultante. Por isso, se pesamos 80 kgf em uma balança aqui na Terra, pesaremos menos do que 13 kgf em uma balança sobre a superfície da Lua, devido ao fato do nosso satélite natural ter uma massa muito menor do que o nosso planeta. Lembrando que peso é o produto da massa de um corpo pela aceleração gravitacional. Sua massa corporal permanecerá a mesma se medida aqui na Terra ou na Lua.


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/