O que é Gravidade Zero?

Você certamente já viu um vídeo de um astronauta no espaço. Não? Então, assista abaixo um incrível tour pela Estação Espacial Internacional promovido pela cosmonauta Sunita Williams. Veja que ela fica de cabeça pra baixo, vai para um lado, vai para o outro e explica que lá no espaço a noção de baixo e cima não existe, pois não há a percepção de gravidade.

Será que não existe gravidade no espaço? Antes de responder a essa pergunta, temos que entender melhor o que é gravidade.

 

O que é gravidade?

Ninguém sabe o que é gravidade. Ponto. É sério! Ainda não há consenso sobre o que é, de fato, gravidade. Sabemos calculá-la e até existem modelos para corpos supermassivos, onde a gravidade parece funcionar de maneira diferente. Mas essencialmente o que é gravidade, não sabemos.

O próprio Newton, em cartas trocadas com Richard Bentley, elabora uma hipótese para a gravidade: ela é uma força que tem como agente a massa dos corpos. Faz a ressalva de que ele mesmo não compreendia sua natureza, entretanto. Desconfiava, inclusive, que deveria existir um agente que transmitisse essa força de um corpo a outro. Para ele a ideia de força que age à distância era absurda.

Os primeiros modelos para a força de gravidade foram inspiradas em uma força muito mais facilmente observada que é a força elétrica.

Picote alguns papéis, friccione uma régua plástica contra seus cabelos e aproxime a régua dos papéis picados. Você verá que os papéis grudarão na régua! A força que realiza esse trabalho é a força elétrica.

Em 1784, o famoso Charles A. de Coulomb, utilizando uma balança de torção, descobre que essa força depende da carga elétrica (Q) dos corpos que estão sendo forçados mutuamente, do meio em que essas cargas estão (K) e do inverso do quadrado da distância (d) entre eles. Dessa forma, ela tem o seguinte formato:

Anos mais tarde, Henry Cavendish, também utilizando uma balança de torção nos mesmos moldes que utilizado por Coulomb, determinou a força exercida mutuamente entre massas, conhecida como força da Gravidade. Para saber mais sobre essa experiência, assista ao vídeo a seguir e as explicações sobre.

Nesse vídeo é demonstrado como Cavendish determina a constante gravitacional no século XVIII. Utilizando uma balança de torção adaptada com um espelho na haste principal. Ele tinha a função de refletir a luz emitida por uma fonte próxima. Foi possível determinar que quanto mais próximo uma massa estiver de outra, maior é a força de atração.

Cavendish descobriu que, assim como a força elétrica, a força gravitacional depende das massas (M) dos corpos que estão sendo forçados mutuamente, de uma constante conhecida como constante gravitacional (G) e do inverso do quadrado da distância (d) entre eles . O formato dessa força então é:

Note que os formatos das equações que descrevem a força elétrica e a gravitacional são idênticos!

Apesar disso, a força elétrica pode ser repulsiva e atrativa, enquanto que a força gravitacional só pode ser atrativa. Note que utilizando a segunda lei de Newton, que relaciona a força resultante com a massa e aceleração, é possível entender que um corpo sob a ação única e exclusivamente de uma força gravitacional, adquire sempre a mesma aceleração, conhecida como aceleração gravitacional.

Observe também, que essas equações só descrevem como essas forças agem, mas não dizem nada sobre o que, essencialmente, são. De toda forma, para efeitos práticos, basta saber como atuam para entender diversos fenômenos e desenvolver aplicações tecnológicas.

A causa por detrás do fenômeno, por incrível que pareça, nem sempre é de interesse prioritário para um cientista. E é por isso que é possível não saber o que é e mesmo assim fazer uso, vide o caso da mecânica quântica . Neste caso, essas questões epistemológicas, inclusive, precisaram ser deixada de lado para que conhecimentos fosse desenvolvidos.

Outra semelhança entre a força elétrica e gravitacional, é seu domínio de validade. Ambas tem alcance infinito. Claro que quanto mais distante, menor a força exercida, entretanto, não há um limite para o qual não haja força. Isso significa que o nosso planeta Terra, por exemplo, exerce força sobre os corpos em sua superfície, assim como sobre as estrelas mais distantes do universo, que estão a uma distância de 15 bilhões de anos luz. Entretanto, a essa distância a força que a Terra exerce sobre as referidas estrelas é completamente desprezível, na ordem de 0,000000001 Newtons!

 

E a gravidade zero?

Finalmente, depois de entender, bem ou mal, o que é gravidade… NÃO EXISTE GRAVIDADE ZERO!

Os astronautas na Estação Espacial Internacional estão experimentando uma queda livre constante! É isso mesmo, eles estão caindo o tempo todo! Inclusive, eles treinam aqui na Terra entrando em um avião que despenca em queda livre  para simular a microgravidade (nome alternativo e mais usual para Gravidade Zero).

Lá no espaço sideral próximo, a força gravitacional resultante é praticamente a força gravitacional efetuada pelo planeta Terra. Se este estivesse parado, a Estação (assim como a Lua) já teria colidido contra sua superfície! Mas felizmente, o Sol nos puxa, ou em outras palavras, nós (a Terra) também caímos constantemente, mas no Sol.

E o Sol? Bem… Se ele estivesse parado, nós já teríamos sido carbonizados! Então, até o Sol está caindo! No caso dele, em torno do nosso centro galáctico localizado a 30 mil anos luz daqui (looooooonge…).

 

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REFERÊNCIAS

Coulomb. “Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l’élasticité des fils de metal,” Histoire de l’Académie Royale des Sciences, pages 229-269. 1789.

Original letter from Isaac Newton to Richard Bentley. http://www.newtonproject.ox.ac.uk/view/texts/normalized/THEM00258. Acessado em 14 de Agosto de 2017.

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