Cómo dar la vuelta en el espacio exterior

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Por Steve McCaw

Los astronautas flotan por el interior del transbordador espacial porque se encuentran en un entorno libre de gravedad. Esto crea un problema único para los astronautas que intentan trabajar allí: cómo dar la vuelta.

Debido a que están flotando, cuando los astronautas necesitan dar la vuelta, no pueden hacerlo tan fácilmente como en la Tierra. En la tierra, si estás parado en el suelo mirando hacia un lado y quieres dar la vuelta, usas los músculos de tus piernas para tirar de los segmentos de tu pierna y crear una fuerza desde el suelo que te empuja en la dirección en la que quieres dar la vuelta. Para dar la vuelta en el espacio, los astronautas flotantes no pueden levantarse del suelo porque no siempre están tocando el suelo. Los astronautas podrían esperar hasta que el movimiento flotante aleatorio los lleve a una pared, o al suelo, o al techo, y luego empujar esa superficie, pero esta espera es una pérdida de tiempo.

Una técnica utilizada para girar mientras flota en el espacio es similar a la técnica utilizada por un gato. Los gatos, como dice el refrán, siempre caen con los pies por delante. Como hacen con todos los movimientos, las leyes de Newton proporcionan la explicación para convertir gatos (y astronautas).

Las versiones angulares de las leyes de Newton están relacionadas con el efecto de giro de una fuerza, llamada par. La primera ley de Newton dice que un par desequilibrado provoca un cambio en el movimiento angular de un cuerpo, una aceleración angular. La segunda ley de Newton dice que el tamaño de la aceleración depende directamente del tamaño del par aplicado al cuerpo – un par mayor causa una aceleración mayor, y un par menor causa una aceleración menor. Pero la segunda ley de Newton también dice que el tamaño de la aceleración está inversamente relacionado con la resistencia del cuerpo al cambio de movimiento – una mayor resistencia significa menos aceleración, y menos resistencia significa más aceleración.

La resistencia al cambio de movimiento angular se denomina momento de inercia. El momento de inercia depende no sólo de la masa del cuerpo, sino de cómo se distribuye la masa alrededor del eje de rotación. Los humanos, y los gatos, pueden manipular el momento de inercia moviendo los segmentos del cuerpo más cerca o más lejos de un eje de rotación. El movimiento de los segmentos más lejos del eje aumenta el momento de inercia y aumenta la resistencia a los cambios de movimiento angular. Al acercar los segmentos al eje se reduce el momento de inercia y disminuye la resistencia a los cambios de movimiento angular.

El eje de rotación cuando una persona erguida se da la vuelta para mirar hacia la otra dirección se llama el eje vertical del cuerpo. Es un eje imaginario que corre a lo largo del cuerpo de la cabeza a los pies (o de los pies a la cabeza). Cuando una persona está de pie con los brazos cerca del cuerpo y los pies juntos, el momento de inercia alrededor del eje vertical está en su valor más bajo.

Mecánicamente, una persona consiste de dos cuerpos separados – el cuerpo superior (cabeza, brazos y tronco, incluyendo la columna vertebral o columna vertebral) y el cuerpo inferior (pelvis y piernas). La parte superior e inferior del cuerpo pueden girar independientemente alrededor del eje vertical (como cuando te pones de pie y giras de lado a lado – la parte superior del cuerpo gira, pero los pies permanecen plantados en el suelo), y cada uno tiene su propio momento de inercia.

Considere a un astronauta en posición erguida mirando hacia la derecha mientras flota en el espacio. Para girar todo el cuerpo flotante hacia la izquierda, la técnica utilizada por el astronauta consiste en los siguientes movimientos:

  • Levantar los brazos por encima de la cabeza y al mismo tiempo levantar las piernas por delante para crear una posición L del cuerpo: Estos movimientos reducen el momento de inercia de la parte superior del cuerpo y aumentan el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo, alrededor del eje vertical.
  • Girando la parte superior del cuerpo hacia la izquierda: Este movimiento de torsión es causado por los músculos del abdomen y de la parte baja de la espalda. Un extremo de los músculos se une a la parte inferior del cuerpo en la pelvis, y el otro extremo se une a la parte superior del cuerpo en la columna vertebral y las costillas. El tirón de los músculos es igual en ambos extremos. Cuando los músculos tiran de la parte superior del cuerpo hacia la izquierda, tiran de la parte inferior del cuerpo hacia la derecha. La rotación de la parte superior del cuerpo hacia la izquierda es mayor que la rotación de la parte inferior del cuerpo hacia la derecha porque el momento de inercia de la parte superior del cuerpo es menor que el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo.
  • Bajar los brazos para que queden rectos delante del cuerpo y, al mismo tiempo, bajar las piernas. Estos movimientos crean una posición L invertida en el cuerpo, aumentando el momento de inercia de la parte superior del cuerpo y disminuyendo el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo alrededor del eje vertical.
  • Girando la parte superior del cuerpo hacia la derecha: El tirón de los músculos hace que la parte superior del cuerpo gire a la derecha y que la parte inferior del cuerpo gire a la izquierda. La parte inferior del cuerpo gira más porque tiene el menor momento de inercia. El cuerpo está ahora alineado en la posición inicial.
  • Repetir la secuencia de movimientos hasta que el astronauta se encuentre en la dirección deseada.

Los astronautas deben aprender la técnica de manipular el momento de inercia para girar mientras flotan en el espacio, aunque los gatos parecen nacer con su versión de la técnica conectada a su sistema neuromuscular (incluso los gatitos casi siempre aterrizan con los pies por delante). Una versión similar de la torsión se puede realizar en el trampolín, negando la necesidad de ir al espacio exterior para ver cómo la manipulación del momento de inercia puede permitir la rotación en el aire.

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