Astronauta en ingravidesa realitzant activitats extravehiculars
Es defineix ingravidesa com l'estat en què un cos té pes nul. El motiu pel qual el pes es fa nul és que la força gravitatòria sigui contrarrestada per la força centrífuga (en un sistema de referència solidari amb el cos) o per alguna força de la mateixa intensitat que el pes, però que actuï en la direcció oposada.
La ingravidesa que pateixen persones i objectes, durant la caiguda lliure s'anomena microgravetat i s'experimenta normalment a les naus espacials. Contràriament a la creença popular, no és un estat d'ingravidesa (sense gravetat), encara que pot provocar desorientació, perquè el sentit de "a dalt" o "a baix" no existeix a l'espai.
La ingravidesa representa una força g zero, o pes aparent zero. L'acceleració es deu només a la gravetat, en oposició als casos on actuen altres forces, com:
Quan un està d'empeus sobre el sòl o assegut en una cadira sobre el sòl, etc. (La gravetat és contrarestada per la força reactiva del terre.)
Volant en un avió (la gravetat es cancel·la per la sustentació que proveeixen les ales), vegeu més avall l'excepció que representen les trajectòries especials).
La reentrada a l'atmosfera, aterrant amb un paracaigudes: la gravetat és cancel per la densitat de l'atmosfera.
Durant una maniobra orbital en una nau espacial: el coet proveeix l'empenta.
La diferència és que la gravetat actua directament sobre una persona i altres masses, mentre que les forces com l'empenta d'un coet o el frenat atmosfèric actuen primer sobre el vehicle, i a través del vehicle sobre la persona. En el primer cas la persona i el terre del vehicle s'estrenyen un contra un altre, en els altres casos no.
El que experimentem com pes no és realment la força de la gravetat (encara que aquesta és la definició tècnica de pes) sinó la reacció normal del terre (o qualsevol superfície amb la qual estiguem en contacte) que contraresta la força de la gravetat.
Quan estem en un avió, les ales d'aquest generen una sustentació. Llavors el terre de l'avió impedeix que caiguem cap a la massa del planeta (que genera la força gravitatòria).
Però si estant dins de l'avió caiguéssim en caiguda lliure, deixaríem d'experimentar aquesta coneguda sensació de pes (el terre oprimint les nostres sabates cap amunt). La força de gravetat segueix empenyent el nostre cos cap avall, però l'avió no l'estaria contrarestant, sinó que cauria juntament amb nosaltres.
Aquest és el principi que es fa servir en els avions d'experimentació gravitatòria, que ajuda que els astronautes s'acostumin a l'absència de gravetat.
Quan estem d'empeus sobre el terra, cada secció horitzontal del nostre cos no suporta el mateix pes. No només experimenta la força deguda a la gravetat sobre ell, sinó també el pes de totes les porcions que queden per sobre. Part de la sensació de pes, llavors, és realment l'experiència d'una pressió gradual dins del nostre cos.
Quan estem d'empeus sobre el nostre planeta, aquest exerceix una força igual i oposada a la força de gravetat que ens empeny cap al centre del planeta.
El que percebem com pes és justament la força amb el planeta sobre els nostres peus.
En canvi quan un astronauta està en una nau espacial orbitant al voltant de la Terra, l'única força que actua sobre ell és la de la gravetat (ja molt més disminuïda).
La microgravetat és l'estat en el qual l'única força que actua sobre un cos és la gravetat.
Aquest estat s'aconsegueix durant una caiguda lliure (en un precipici, per exemple) o en una òrbita al voltant d'un planeta (com l'òrbita de les estacions espacials), que és una espècie de caiguda perpètua.
Combustió com s'observa a la Terra (esquerra) i en estat d'ingravidesa (dreta).
El pes, força amb què un astre atrau un vehicle espacial, és inversament proporcional al quadrat de la distància i, consegüentment, disminueix amb rapidesa quan l'aparell s'allunya d'aquell: en doblegar la distància a seu centre, l'atracció és quatre vegades menor (2 2 vegades), al triplicar la mateixa, l'atracció és 9 vegades menor (3 2 vegades), etc. No obstant això, aquesta no és la raó que els astronauta si els objectes es trobin en estat d'ingravidesa. En el cas d'un satèl·lit artificial no existeix el menor pes aparent, perquè l'atracció que exerceix l'astre sobre el vehicle i el seu contingut és rigorosament contrarestada per la força centrífuga que actua sobre aquest per la seva trajectòria corba. Com l'acció de les dues forces s'exerceix idènticament sobre la cabina i sobre el seu contingut, aquests últims descriuen en l'espai la mateixa trajectòria i amb el mateix velocitat: no hi ha per tant cap raó perquè els astronautes o les coses exerceixin una pressió sobre el terre de la cabina. El mateix passaria amb l'ocupant d'un ascensor si es trenqués el cable i si no existís cap frec de la cabina amb l'aire ni amb les guies.
Així, a l'interior d'una astronave en vol balístic (o sigui, amb els motors aturats), els objectes no tenen pes i, en el cas de ser abandonats a l'aire, romanen en ell com un cos que flotés entre dues aigües. D'aquí la desaparició de la noció física de dalt i avall . Els líquids no s'aboquen al posar els recipients de cap per avall. Tot gest brusc, com un simple esternut, provoca un moviment perreacció. L'aire calent no és més lleuger que l'aire fred, i per tant no existeix circulació natural per convecció, de manera que aquesta s'ha de produir artificialment mitjançant ventilador s.
La astronauta Marsha Ivins experimentant ingravidesa durant una missió espacial.
Les funcions fisiològiques amb prou feines són pertorbades per l'estat d'ingravidesa. El sentit de l'orientació pot ser afectat, ja que a terra el regeix el pes dels otòlits (minúsculs dipòsits càlcics que es troben immersos en l'humor que omple els canals semicirculars de l'orella interna ). En no passar els otòlits, es produeixen vertigen, nàusea si altres trastorns que no són sinó els d'un mareig comú. De tota manera, els astronautes es troben sotmesos a un entrenament apropiat que els preserva d'aquestes molèsties. Una conseqüència, no aparent, de la ingravidesa és una lleu atròfiamuscular i la desmineralització o pèrdua de matèria òssia per l'esquelet al cap d'una estada perllongada en l'espai.
Al programa de tots els vols de l'home en l'espai exterior figuren experiments biològics que s'efectuen mitjançant observacions personals o amb animals de laboratori. També existeixen satèl·lits biològics especialment llançats per estudiar tots els problemes relatius al comportament dels organismes en estat d'ingravidesa i sotmesos a les radiacions còsmiques.
Els principals efectes del cos humà a la ingravidesa o la microgravetat són:
) Síndrome d'adaptació a l'espai o malaltia de l'espai. Malestar que passa en diferent mesura segons cada organisme humà i només es manifesta dins el primer dia en ingravidesa. Rares vegades passa per dos dies i els casos de tres o més són nuls. Es manifesta per marejos i vòmits així com debilitament general. Es va usar la escapolamina amb poc èxit, més ara es fa servir la Prometazina amb molts millors resultats.
) Efectes de la microgravetat en la distribució de fluids en el cos humà. Desplaçament de líquids cap a la part superior del cos. Els líquids es desplacen cap al tòrax i el cap originant inflor i amb sensació de pulsacions al coll, obstrucció nasal i aprimament de les extremitats inferiors i de la cintura. Aquest efecte provoca intolerància ortostàtica en tornar a la Terra, és a dir, dificultat per estar dret. El problema s'alleuja bevent un litre de solució salina abans de tornar a condicions de gravetat normal.
) Descondicionament cardiovascular i pèrdua de glòbuls vermells. El cor redueix el seu treball a causa de la reducció de líquids en el cos que és d'aproximadament 10%. Així mateix disminueixen els glòbuls vermells per causes encara no compreses. Aquest efecte no afecta a la pràctica als astronautes i desapareix després de diverses setmanes a la Terra.
) Descondicionament muscular. A causa de la falta de gravetat els músculs tendeixen a perdre massa, ja que ni les cames han de carregar el pes del cos com comunament ho fa, a més la majoria dels altres músculs requereixen només una ínfima part de la seva energia per moure el cos humà, ja que el pes de les extremitats i cap desapareix quedant només la inèrcia. Aquest efecte es posa remei amb la realització d'exercici durant tot el temps d'ingravidesa. Els russos han acoblat en els seus vestits espacials per a missions prolongades uns tirants que comprimeixen el cos de les espatlles als peus originant als músculs del cos una força contra la qual han d'oposar.
) Deteriorament ossi. En estades llargues els ossos es descalcifiquen. Aquest efecte no és reversible i és un dels més seriosos. L'exercici no ha reflectit millora en aquest problema.
