La Microgravedad: Un laboratorio del siglo XXI

1. La Microgravedad: Un laboratorio del siglo XXI Jaime Navares, Pablo Canga, Diego Gómez, Miguel Cebrián, Ricardo Moreno Colegio Retamar, Diciembre 2004

2. ÍNDICE 1.- ¿QUÉ ES LA MICROGRAVEDAD mg ? 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE LA mg ? 3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN 4.- UN EJEMPLO: LA MISIÓN DE PEDRO DUQUE STS-95 5.- EXPERIMENTOS EN mg EN LA LANZADERA DEL PARQUE DE ATRACCIONES 6. CONCLUSIONES ÍNDICE

3. 1.- ¿QUÉ ES LA mg ? • Isaac Newton estableció que la fuerza gravitatoria es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: ¿QUÉ ES LA mg ? • Henry Cavendish: midió el valor de la constante G= 6’67·10-11 N·m2·kg-2 • Siempre hay algo de gravedad, al haber atracción entre masas cercanas. Por ejemplo, el Sol nos atrae con una g = 0’03 m·s-2. Sin embargo, se pueden conseguir ámbitos con mg .

4. Microgravedad mg: Es un entorno en el que desaparece el peso aparente de las cosas. • Características de la mg: • Se ven reducidos los efectos locales de la gravedad. • - Los objetos parecen no tener peso. ¿QUÉ ES LA mg ?

5. 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? a) En caída libre. Ejemplo: un ascensor Si el ascensor está en reposo o con velocidad constante, el peso que registra una persona no variará con respecto a su peso en la superficie de la Tierra. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? Si el ascensor sube con aceleración constante, la persona del interior se sentirá más pesado de lo normal .

6. Si el ascensor desciende con aceleración constante, el peso que registrara la persona será más pequeño de lo normal. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? Si el ascensor está en caída libre, la persona del interior cae con la misma velocidad que el ascensor, por lo que no registrará peso aparente: su interior es un sistema de MICROGRAVEDAD mg.

7. 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? b) En torres de ensayos, como la Glenn 2’2 Second Drop Tower de la NASA, en Ohio. Utiliza la caída libre para crear ambientes de mgdurante 2’2 segundos. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ?

8. 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? c) En aviones en trayectoria parabólica, como el A300 de la ESA o el KC-135 de la NASA. Se encuentran en mgmientras atraviesan la rama superior de la parábola, durante unos 20 s. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ?

9. 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? d) En cohetes suborbitales. Es similar al caso del avión, pero a mayor distancia y altitud. Se consiguen varios minutos de mg. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ?

10. 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ? e) En satélites y estaciones orbitales, como el Skylab, la Mir o la ISS. Están en continua caída libre, y por tanto en mg de forma permanente. ¿DÓNDE SE CONSIGUE mg ?

11. 3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN EN mg • Biología y medicina • Cristalización y nuevos materiales • Combustión ÁREAS DE INVESTIGACIÓN • Fluidos

12. 4.-LA MISIÓN DE PEDRO DUQUE STS-95 • Se hicieron experiencias con fluidos calientes. • Se estudió el equilibrio y la percepción en el espacio, así como los cambios en el sistema inmunológico humano • Se investigó el sistema cardiovascular humano • Se exploró la mejora de las propiedades ópticas en materiales ultraligeros • Se estudió el Aerogel • Además se probó un sistema técnico para el HTS y se desplegó un satélite LA MISIÓN STS - 95

13. 5.- EXPERIMENTOS EN mg EN EL PARQUE DE ATRACCIONES LA LANZADERA EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES • Consisteen la caída libre de sus elevadores desde una altura total de 60 metros. • Conseguimos hasta tres segundos de mg

14. EXPERIMENTO I.-El péndulo en microgravedad • La ecuación del período de oscilación de un péndulo con gravedad normal es: • En microgravedad la g = 0, por lo que T es infinito, es decir, deja de oscilar. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

15. EXPERIMENTO II: El muelle en microgravedad. Bajo los efectos de la gravedad se produce un alargamiento : En un entorno de microgravedad, desparece el peso, por lo que la única fuerza que queda es la restauradora. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

16. EXPERIMENTO III: El agua en microgravedad. • Propiedades del agua: • Es líquida a temperatura ambiente • Tiene tensión superficial • Hay fuerzas de cohesión entre sus partículas • Se adhiere a las paredes. • Adquiere la forma del recipiente que la contiene, debido a la fuerza gravitatoria. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES ¿De qué forma se manifestará el agua si no es atraída por la gravedad?

17. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES En microgravedad el agua adopta forma esférica, por la tensión superficial.

18. EXPERIMENTO IV: Burbujas en microgravedad • Bajo los efectos de la gravedad, las burbujas poseen menor densidad, por lo que ascienden. • En un entorno de microgravedad, donde no se registra peso, las burbujas quedan estáticas, no hay flotación. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

19. EXPERIMENTO V: Estudio de diversas mezclas heterogéneas en microgravedad. Objetivo: observar el depósito de granos en el agua, simulando la cristalización. • Bajo los efectos de la gravedad las lentejas y los garbanzos precipitan al fondo del recipiente • En un entorno de microgravedad, la precipitación se detiene. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

20. Ejemplo 2: Garbanzos en agua EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

21. Ejemplo 3: Arena en agua • La precipitación de la arena sobre el fondo se puede comparar con la sedimentación de materiales. • En la actualidad, se buscan aplicaciones de la sedimentación en microgravedad para la obtención de cristales muy puros y otros materiales. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

22. EXPERIMENTO VI: Una vela en microgravedad. En la lanzadera no se aprecia al haber mucha luz. Usamos la caída libre por el hueco de las escaleras del Colegio. Tres plantas de caída suponen dos segundos de microgravedad. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES Resultados:...

23. Bajo los efectos de la gravedad la llama adquiere forma puntiaguda, debido a las corrientes de convección ascendentes. EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES En un entorno de microgravedad no hay esas corrientes y la llama es esférica.

24. CONCLUSIONES La microgravedad se produce en la caída libre de los cuerpos. Se usa en Torres de ensayo (2 ó 3 segundos), en aviones ( 20-25 segundos), en vuelos suborbitales (varios minutos) y en satélites o estaciones en órbita (de forma permanente). Es un ámbito de investigación actual y con mucho futuro en el siglo XXI, especialmente con la Estación ISS en pleno funcionamiento. La investigación se hace fundamentalmente en cuatro campos: biológico-médico, nuevos materiales, combustión y comportamiento de líquidos. Un ejemplo: los objetivos de la misión STS-95, en la que participó el astronauta español Pedro Duque. Se describen 6 ensayos en microgravedad realizados en el Parque de Atracciones de Madrid. CONCLUSIONES

25. FIN FIN