La primera ley de movimiento de Sir Isaac Newton nos dice:
Un objeto en reposo permanecerá en reposo a menos que actúe sobre él una fuerza desequilibrada. Un objeto en movimiento continúa en movimiento con la misma velocidad y en la misma dirección a menos que una fuerza desequilibrada actúe sobre él.
Y su tercera ley de movimiento nos dice:
- ¿Por qué la gravedad no reduce la entropía del universo?
- ¿Está la gravedad involucrada en los 'asuntos amorosos' (atracción corporal)?
- ¿Es el colapso de una estrella el único evento lo suficientemente fuerte como para combinar protones y electrones en neutrones?
- ¿Por qué las nubes moleculares son viveros estelares pero no nubes de hidrógeno atómico?
- ¿Es la gravedad una curvatura en el espacio-tiempo, incluso para objetos pequeños? ¿Cómo lo explicarías para un objeto pequeño como la manzana que golpeó a Newton?
Para cada acción hay una reacción igual y opuesta.
Combinadas, esas dos leyes nos dicen cómo se moverá el astronauta flotante. Si no hay fuerzas que actúen sobre el astronauta, él o ella no se moverán. Permanecerán flotando en un lugar.
En realidad, es difícil llegar a un estado donde no hay fuerzas. Usemos una foto de la EEI como ejemplo.
Esta es una captura de pantalla del desafío del maniquí que hizo la tripulación. Podemos ver a cinco miembros de la tripulación (el sexto está sosteniendo la cámara). En primer plano, vemos a Oleg flotando inmóvil en el medio del módulo. No pudo lograr esa postura por sí mismo porque para alcanzar el centro del módulo tendría que empujar uno de los lados. La tercera ley nos dice que empujaría contra el mamparo y su cuerpo se movería en la dirección opuesta. La primera ley nos dice que continuará moviéndose en la dirección opuesta hasta que se agregue una fuerza para detenerlo. Entonces, para flotar inmóvil, allí, otros dos miembros de la tripulación tuvieron que mantenerlo quieto y luego, lo más suavemente posible, lo soltaron sin empujarlo.
Detrás y debajo de Oleg, vemos a Peggy flotando cerca del mamparo. Flotó hacia el mamparo, lo sostuvo para detener su movimiento y luego lo soltó suavemente, haciendo todo lo posible para no empujar contra el mamparo. Ella también pudo haber tenido un poco de ayuda.
Luego llegamos a Shane en la bicicleta estática. Probablemente ayudó a los demás y sin que nadie lo ayudara a elegir un lugar donde se lo restringiría naturalmente. Andrew y Sergei también eligieron poses en las que tenían un poco de ayuda para permanecer inmóviles.
Si sacamos nuestro escenario afuera e imaginamos a un miembro de la tripulación haciendo una caminata espacial sin una correa. Si se aferran a una barandilla y están inmóviles, soltar la barandilla no hará que se vayan flotando. Deben permanecer exactamente donde están … a menos que empujen la barandilla mientras la sueltan. En ese escenario, la primera ley dice que flotarán en la dirección opuesta a la fuerza de su empuje.
Entonces, esos son los impactos de la tripulación, en su movimiento. ¿Hay otras fuerzas posibles en juego? Dentro del vehículo, hay convección forzada de aire. El aire que sale de los respiraderos golpeará a un miembro de la tripulación y de acuerdo con la tercera ley, el miembro de la tripulación debe reaccionar de manera igual y opuesta. El aire tiene poca masa y un miembro de la tripulación tiene una masa significativa, por lo que la reacción es pequeña, pero con el tiempo el miembro de la tripulación flotaría lejos del respiradero.
Fuera de la ISS, hay una cantidad muy pequeña de atmósfera. La ISS golpea esa atmósfera a alta velocidad y cualquier cambio en el impulso de esas moléculas golpeadas debe compensarse con un cambio igual y opuesto al impulso de la ISS. La ISS se ralentiza por estos impactos y puede caer hasta 100 metros por día. Un miembro de la tripulación dentro del vehículo, que no se aferra al vehículo, tenderá, muy lentamente, a flotar hacia adelante y hacia arriba, ya que no se desacelera directamente con la ISS.
Un miembro de la tripulación que está afuera también está golpeando moléculas atmosféricas. Debido a que el coeficiente de resistencia del miembro de la tripulación es diferente del de la ISS, con el tiempo, se alejarían flotando de la ISS debido a las diferencias en la resistencia que experimentan.
Todo lo que hemos hablado, hasta ahora, ha estado bajo consideraciones locales. La mecánica orbital puede hacer que el escenario sea más complejo durante la duración de las órbitas. Un objeto debajo de la EEI está en una órbita más baja y se mueve un poco más rápido. Un objeto sobre la ISS está en una órbita más alta y se mueve un poco más lento. Un vector inercial alejado de la ISS en un lado de la órbita se transformará en un vector hacia la ISS en el otro lado de la órbita. Eso significa que un miembro de la tripulación que flota lejos de la ISS puede encontrarse flotando hacia la ISS después de aproximadamente 45 minutos más tarde.
La física es divertida.
PD: Aquí está el video del desafío del maniquí
