La Microgravedad: Un laboratorio del siglo XXI Jaime Navares, Pablo Canga, Diego Gómez, Miguel Cebrián, Ricardo Moreno Colegio Retamar, Diciembre 2004
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La Microgravedad: Un laboratorio del siglo XXI
Jaime Navares, Pablo Canga, Diego Gómez, Miguel Cebrián, Ricardo Moreno
Colegio Retamar, Diciembre 2004
1.- ¿QUÉ ES LA MICROGRAVEDAD 1.- ¿QUÉ ES LA MICROGRAVEDAD g g ??
2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE LA 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE LA g g ??
3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN
4.- UN EJEMPLO: LA MISIÓN DE PEDRO 4.- UN EJEMPLO: LA MISIÓN DE PEDRO DUQUE STS-95 DUQUE STS-95
5.- EXPERIMENTOS EN 5.- EXPERIMENTOS EN gg EN LA EN LA LANZADERA DEL PARQUE DE LANZADERA DEL PARQUE DE ATRACCIONESATRACCIONES
6. CONCLUSIONES6. CONCLUSIONES
ÍNDICEÍNDICEÍN
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1.- ¿QUÉ ES LA g g ?
•Isaac Newton estableció que la fuerza Isaac Newton estableció que la fuerza gravitatoria es directamente proporcional al gravitatoria es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:proporcional al cuadrado de la distancia:
•Henry Cavendish: midió el valor de la constante Henry Cavendish: midió el valor de la constante G= 6’67·10G= 6’67·10-11-11 N·m N·m22·kg·kg-2-2
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•Siempre hay algo de gravedad, al haber atracción Siempre hay algo de gravedad, al haber atracción entre masas cercanas. Por ejemplo, el Sol nos entre masas cercanas. Por ejemplo, el Sol nos atrae con una g = 0’03 m·satrae con una g = 0’03 m·s-2-2. Sin embargo, se . Sin embargo, se pueden conseguir ámbitos con pueden conseguir ámbitos con gg . .
Microgravedad Microgravedad gg:: Es un entorno en el que desaparece el peso aparente de las cosas.
Características de la Características de la gg ::
-Se ven reducidos los efectos locales Se ven reducidos los efectos locales de la gravedad.de la gravedad.
- Los objetos parecen no tener peso.- Los objetos parecen no tener peso.
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Si el ascensor está en reposo o con Si el ascensor está en reposo o con velocidad constante, el peso que registra velocidad constante, el peso que registra una persona no variará con respecto a su una persona no variará con respecto a su peso en la superficie de la Tierra.peso en la superficie de la Tierra.
Si el ascensor sube con Si el ascensor sube con aceleración constante, la aceleración constante, la persona del interior se sentirá persona del interior se sentirá más pesado de lo normal .más pesado de lo normal .¿
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2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g g ??
a) En caída libre. Ejemplo: un ascensora) En caída libre. Ejemplo: un ascensor
Si el ascensor desciende con aceleración Si el ascensor desciende con aceleración constante, el peso que registrara la constante, el peso que registrara la persona será más pequeño de lo normal.persona será más pequeño de lo normal.
Si el ascensor está en caída Si el ascensor está en caída libre, la persona del interior cae libre, la persona del interior cae con la misma velocidad que el con la misma velocidad que el ascensor, por lo que no ascensor, por lo que no registrará peso aparente: su registrará peso aparente: su interior es un sistema de interior es un sistema de MICROGRAVEDAD MICROGRAVEDAD gg..
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b) En torres de ensayos, como la Glb) En torres de ensayos, como la Glenn 2’2 enn 2’2 Second Drop Tower de Second Drop Tower de la NASA, en Ohio. Utiliza la la NASA, en Ohio. Utiliza la
caída libre para crear ambientes de caída libre para crear ambientes de gg durante 2’2 durante 2’2 segundos.segundos.
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2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g g ??
c) En aviones en trayectoria parabólica, como el c) En aviones en trayectoria parabólica, como el A300 de la ESA o el KC-135 de la NASA. Se A300 de la ESA o el KC-135 de la NASA. Se
encuentran en encuentran en gg mientras atraviesan la rama mientras atraviesan la rama superior de la parábola, durante unos 20 s.superior de la parábola, durante unos 20 s.
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2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g g ??
d) En cohetes suborbitales. Es similar al caso del d) En cohetes suborbitales. Es similar al caso del avión, pero a mayor distancia y altitud. Se avión, pero a mayor distancia y altitud. Se consiguen varios minutos de consiguen varios minutos de gg..
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2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g g ??
e) En satélites y estaciones orbitales, como el e) En satélites y estaciones orbitales, como el Skylab, la Mir o la ISS. Están en continua caída Skylab, la Mir o la ISS. Están en continua caída libre, y por tanto en libre, y por tanto en gg de forma permanente. de forma permanente.
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2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g g ??
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3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN EN 3.- ÁREAS DE INVESTIGACIÓN EN gg
-Cristalización y Cristalización y nuevos nuevos materialesmateriales
-Biología y Biología y medicinamedicina
-CombustiCombustiónón
-FluidoFluidoss
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4.-LA MISIÓN DE PEDRO DUQUE STS-954.-LA MISIÓN DE PEDRO DUQUE STS-95
-Se hicieron experiencias conSe hicieron experiencias con fluidos fluidos calientes.calientes.
-Se estudió el equilibrio y la percepción Se estudió el equilibrio y la percepción en el espacio, así como los cambios en el en el espacio, así como los cambios en el sistema inmunológico humanosistema inmunológico humano
-Se investigó el sistema cardiovascular Se investigó el sistema cardiovascular humanohumano
-Se exploró la mejora de las propiedades Se exploró la mejora de las propiedades ópticas en materiales ultraligerosópticas en materiales ultraligeros
-Se estudió el AerogelSe estudió el Aerogel
-Además se probó un sistema técnico Además se probó un sistema técnico para el HTS y se desplegó un satélitepara el HTS y se desplegó un satélite
LA LANZADERALA LANZADERA
•ConsisteConsiste en la caída libre de sus en la caída libre de sus elevadores desde una altura total de 60 elevadores desde una altura total de 60 metros.metros.
•Conseguimos hasta tres segundos de Conseguimos hasta tres segundos de gg
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5.- EXPERIMENTOS EN 5.- EXPERIMENTOS EN gg EN EL PARQUE EN EL PARQUE DE ATRACCIONESDE ATRACCIONES
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EXPERIMENTO I.-El péndulo en microgravedadEXPERIMENTO I.-El péndulo en microgravedad
•La ecuación del período de oscilación de un La ecuación del período de oscilación de un péndulo con gravedad normal es:péndulo con gravedad normal es:
•En microgravedad En microgravedad la la g g = 0, por lo que = 0, por lo que T es infinito, es T es infinito, es decir, deja de decir, deja de oscilar.oscilar.
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EXPERIMENTO II: El muelle en microgravedad.EXPERIMENTO II: El muelle en microgravedad.
gmF iagravitator xkF rarestaurado
Bajo los efectos de la gravedad se produce Bajo los efectos de la gravedad se produce un alargamiento :un alargamiento :
En un entorno de microgravedad, desparece En un entorno de microgravedad, desparece el peso, por lo que la única fuerza que queda el peso, por lo que la única fuerza que queda es la restauradora.es la restauradora.
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EXPERIMENTO III: El agua en microgravedad.EXPERIMENTO III: El agua en microgravedad.
Propiedades del agua:Propiedades del agua:
•Es líquida a temperatura ambienteEs líquida a temperatura ambiente•Tiene tensión superficialTiene tensión superficial•Hay fuerzas de cohesión entre sus Hay fuerzas de cohesión entre sus partículaspartículas•Se adhiere a las paredes.Se adhiere a las paredes.•Adquiere la forma del recipiente que la Adquiere la forma del recipiente que la contiene, debido a la fuerza gravitatoria.contiene, debido a la fuerza gravitatoria.
¿De qué forma se manifestará el agua si no es atraída por la gravedad?
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En microgravedad el agua adopta forma esférica, por la tensión superficial.
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EXPERIMENTO IV: Burbujas en microgravedadEXPERIMENTO IV: Burbujas en microgravedad
•Bajo los efectos de la gravedad, las burbujas Bajo los efectos de la gravedad, las burbujas poseen menor densidad, por lo que ascienden.poseen menor densidad, por lo que ascienden.
•En un entorno de microgravedad, donde no se En un entorno de microgravedad, donde no se registra peso, las burbujas quedan estáticas, no registra peso, las burbujas quedan estáticas, no hay flotación.hay flotación.
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EXPERIMENTO V: Estudio de diversas mezclas EXPERIMENTO V: Estudio de diversas mezclas heterogéneas en microgravedad.heterogéneas en microgravedad.
Objetivo: observar el depósito de granos en Objetivo: observar el depósito de granos en el agua, simulando la cristalización.el agua, simulando la cristalización.
•En un entorno de En un entorno de microgravedad, la microgravedad, la precipitación se precipitación se detiene.detiene.
•Bajo los efectos de la gravedad las lentejas y los Bajo los efectos de la gravedad las lentejas y los garbanzos precipitan al fondo del recipientegarbanzos precipitan al fondo del recipiente
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Ejemplo 2: Garbanzos en aguaEjemplo 2: Garbanzos en aguaE
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•La precipitación de la arena sobre el fondo se puede La precipitación de la arena sobre el fondo se puede comparar con la sedimentación de materiales. comparar con la sedimentación de materiales.
•En la actualidad, se buscan aplicaciones de la En la actualidad, se buscan aplicaciones de la sedimentación en microgravedad para la obtención de sedimentación en microgravedad para la obtención de cristales muy puros y otros materiales.cristales muy puros y otros materiales.
Ejemplo 3: Arena en aguaEjemplo 3: Arena en aguaE
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EXPERIMENTO VI: Una vela en microgravedad.EXPERIMENTO VI: Una vela en microgravedad.
En la lanzadera no se aprecia En la lanzadera no se aprecia al haber mucha luz.al haber mucha luz.
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Usamos la caída libre por el Usamos la caída libre por el hueco de las escaleras del hueco de las escaleras del Colegio. Tres plantas de caída Colegio. Tres plantas de caída suponen dos segundos de suponen dos segundos de microgravedad.microgravedad.
Bajo los efectos de la Bajo los efectos de la gravedad la llama adquiere gravedad la llama adquiere forma puntiaguda, debido a forma puntiaguda, debido a las corrientes de las corrientes de convección ascendentes.convección ascendentes.
En un entorno de En un entorno de microgravedad no hay microgravedad no hay esas corrientes y la llama esas corrientes y la llama es esférica.es esférica.
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La microgravedad se produce en la caída libre La microgravedad se produce en la caída libre de los cuerpos. de los cuerpos.
Se usa en Torres de ensayo (2 ó 3 segundos), Se usa en Torres de ensayo (2 ó 3 segundos), en aviones ( 20-25 segundos), en vuelos en aviones ( 20-25 segundos), en vuelos suborbitales (varios minutos) y en satélites o suborbitales (varios minutos) y en satélites o estaciones en órbita (de forma permanente).estaciones en órbita (de forma permanente). Es un ámbito de investigación actual y con Es un ámbito de investigación actual y con mucho futuro en el siglo XXI, especialmente mucho futuro en el siglo XXI, especialmente con la Estación ISS en pleno funcionamiento.con la Estación ISS en pleno funcionamiento.
La investigación se hace fundamentalmente La investigación se hace fundamentalmente en cuatro campos: biológico-médico, nuevos en cuatro campos: biológico-médico, nuevos materiales, combustión y comportamiento de materiales, combustión y comportamiento de líquidos. líquidos.
Un ejemplo: los objetivos de la misión STS-95, Un ejemplo: los objetivos de la misión STS-95, en la que participó el astronauta español en la que participó el astronauta español Pedro Duque. Pedro Duque. Se describen 6 ensayos en microgravedad realizados Se describen 6 ensayos en microgravedad realizados en el Parque de Atracciones de Madrid.en el Parque de Atracciones de Madrid.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
FIN
FIN FINFIN
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