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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.

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

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

3 g 1.- ¿QUÉ ES LA g ? Isaac Newton estableció que la fuerza gravitatoria es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia:Isaac Newton estableció que la fuerza gravitatoria es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia: Henry Cavendish: midió el valor de la constante G= 667· N·m 2 ·kg -2Henry Cavendish: midió el valor de la constante G= 667· N·m 2 ·kg -2 g ¿QUÉ ES LA g ? Siempre hay algo de gravedad, al haber atracción entre masas cercanas. Por ejemplo, el Sol nos atrae con una g = 003 m·s -2. Sin embargo, se pueden conseguir ámbitos con g.Siempre hay algo de gravedad, al haber atracción entre masas cercanas. Por ejemplo, el Sol nos atrae con una g = 003 m·s -2. Sin embargo, se pueden conseguir ámbitos con g.

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

5 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. Si el ascensor sube con aceleración constante, la persona del interior se sentirá más pesado de lo normal. ¿DÓNDE SE CONSIGUE g ? 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g ? a) En caída libre. Ejemplo: un ascensor

6 Si el ascensor desciende con aceleración constante, el peso que registrara la persona será más pequeño de lo normal. 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 g. ¿DÓNDE SE CONSIGUE g ?

7 b) En torres de ensayos, como la Glenn 22 Second Drop Tower de la NASA, en Ohio. Utiliza la caída libre para crear ambientes de g durante 22 segundos. ¿DÓNDE SE CONSIGUE g ? 2.- ¿DÓNDE SE CONSIGUE g ?

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

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

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

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

12 LA MISIÓN STS 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

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

14 EXPERIMENTO I.-El péndulo en microgravedad EXPERIMENTO I.-El péndulo en microgravedad La ecuación del período de oscilación de un péndulo con gravedad normal es: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.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 ambienteEs líquida a temperatura ambiente Tiene tensión superficialTiene tensión superficial Hay fuerzas de cohesión entre sus partículasHay fuerzas de cohesión entre sus partículas Se adhiere a las paredes.Se adhiere a las paredes. Adquiere la forma del recipiente que la contiene, debido a la fuerza gravitatoria.Adquiere la forma del recipiente que la contiene, debido a la fuerza gravitatoria. ¿De qué forma se manifestará el agua si no es atraída por la gravedad? EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

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

18 EXPERIMENTO IV: Burbujas en microgravedad Bajo los efectos de la gravedad, las burbujas poseen menor densidad, por lo que ascienden.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.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. En un entorno de microgravedad, la precipitación se detiene.En un entorno de microgravedad, la precipitación se detiene. Bajo los efectos de la gravedad las lentejas y los garbanzos precipitan al fondo del recipienteBajo los efectos de la gravedad las lentejas y los garbanzos precipitan al fondo del recipiente EXPERIMENTACIÓN EN EL PARQUE DE ATRACCIONES

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

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

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

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

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 ( 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


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