Como se virar no espaço exterior

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Astronautas flutuam em torno do interior do ônibus espacial porque eles estão em um ambiente livre de gravidade. Isso cria um problema exclusivo para os astronautas que tentam começar o trabalho feito lá em cima: como se virar.

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Porque eles estão flutuando, quando os astronautas precisa se virar, eles não podem fazê-lo tão facilmente como você pode em terra. Na Terra, se você está de pé no chão de frente para um lado e você quer se virar, você usa os músculos de suas pernas para puxar os segmentos de sua perna para criar uma força da terra que o empurra na direção que você quer transformar. Para virar no espaço, os astronautas flutuam não pode empurrar o chão, porque eles não estão sempre tocando o chão! Os astronautas poderiam esperar até que o movimento flutuante aleatório traz-los ao longo de uma parede, ou no chão, ou no teto, e, em seguida, empurrar a superfície, mas esta espera é tempo perdido.

Uma técnica usada para transformar enquanto flutuando no espaço é semelhante à técnica usada por um gato. Gatos, como diz o ditado, sempre pousar os pés em primeiro lugar. Como fazem com todos os movimentos, as leis de Newton fornecer a explicação para gatos transformando (e astronautas).

As versões angulares das leis de Newton estão relacionados com o efeito de viragem de uma força, chamada torque. A primeira lei de Newton diz que um binário desequilibrada provoca uma mudança no movimento angular de um corpo, uma aceleração angular. A segunda lei de Newton diz que o tamanho da aceleração depende diretamente do tamanho do binário aplicado ao corpo - um torque maior provoca uma aceleração maior, e um torque menor provoca uma aceleração menor. Mas a segunda lei de Newton diz também que o tamanho da aceleração é inversamente relacionada com a resistência do corpo para mudar de movimento - maior resistência significa menos aceleração, e menos resistência significa mais aceleração.

A resistência à mudança de movimento angular é chamado de momento de inércia. O momento de inércia depende não apenas a massa do corpo, mas em como a massa é distribuído em torno do eixo de rotação. Os seres humanos, e os gatos, pode manipular o momento de inércia do corpo movendo segmentos para mais perto ou mais longe, um eixo de rotação. Movendo os segmentos mais distante do eixo aumenta o momento de inércia e aumenta a resistência à mudança de movimento angular. Trazendo segmentos para mais perto do eixo reduz o momento de inércia e diminui a resistência à mudança de movimento angular.

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O eixo de rotação quando uma pessoa correta se vira para encarar o outro sentido é chamado de eixo vertical do corpo. É um eixo imaginário a todo o comprimento do corpo da cabeça aos pés (ou pé de cabeça). Quando uma pessoa está em pé com os braços em estreita para o corpo e os pés juntos, o momento de inércia em torno do eixo vertical está no seu valor mais baixo.

Mecanicamente, uma pessoa consiste em dois corpos separados - a parte superior do corpo (cabeça, braços e o tronco, incluindo a coluna vertebral, ou espinha dorsal) e a parte inferior do corpo (pélvis e pernas). O corpo superior e inferior do corpo pode girar de forma independente em torno do eixo vertical (como quando você ficar de pé e torcer de lado a lado - seus torções parte superior do corpo, mas seus pés ficar plantado no chão), e cada um tem seu próprio momento de inércia.

Considere um astronauta em uma posição vertical virado para a direita, enquanto flutuando no espaço. Para transformar todo o corpo flutuante para a esquerda, a técnica utilizada pela astronauta envolve os seguintes movimentos:

• Levantar os braços acima da cabeça, enquanto ao mesmo tempo aumentando as pernas em frente para criar uma posição L do corpo: Estes movimentos de reduzir o momento de inércia da parte superior do corpo e aumentar o momento de inércia da parte inferior do corpo, em torno do eixo vertical.

• Torcendo a parte superior do corpo para a esquerda: Este movimento de torção é causada por músculos no abdômen e região lombar. Uma extremidade dos músculos atribui à parte inferior do corpo na pélvis, e a outra extremidade liga a parte superior do corpo sobre a coluna vertebral e as costelas. A tração dos músculos é igual em ambas as extremidades. Quando os músculos puxar a parte superior do corpo para a esquerda, eles puxam a parte inferior do corpo para a direita. A rotação da parte superior do corpo para a esquerda é mais do que a rotação da parte inferior do corpo para a direita porque o momento de inércia da parte superior do corpo é menor que o momento de inércia da parte inferior do corpo.

• Abaixando os braços para que eles estejam para fora na frente do corpo e, ao mesmo tempo, reduzir as pernas. Estes movimentos criar uma posição L de cabeça para baixo para o corpo, aumentando o momento de inércia do corpo superior e a diminuição do momento de inércia da parte inferior do corpo em torno do eixo vertical.

• Torcendo a parte superior do corpo para a direita: A tração dos músculos com que a parte superior do corpo para girar para a direita e faz com que a parte inferior do corpo para girar à esquerda. A parte inferior do corpo gira mais porque tem o mais pequeno momento de inércia. O corpo está agora alinhado na posição de partida original.

• Repetindo a sequência de movimentos até o astronauta está virado para a direcção pretendida.

Os astronautas devem aprender a técnica de manipular o momento de inércia para virar, enquanto flutuando no espaço, embora gatos parecem ter nascido com sua versão da técnica de fio em seu sistema neuromuscular (mesmo gatinhos quase sempre os pés da terra primeiros). Uma versão similar de torção pode ser realizada no trampolim, negando a necessidade de ir para o espaço exterior para ver como manipular o momento de inércia pode permitir a rotação enquanto estiver no ar.