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Gravedad artificial y natural

Gravedad artificial y natural

Para el ser humano es importante saber dónde está arriba y abajo. No solo por razones de orientación sino porque nuestro cuerpo está diseñado (adaptado) para vivir en lugares con gravedad, en concreto la 1 G de Tierra. Esto ha condicionado la densidad de nuestros huesos y la fortaleza de nuestros músculos. La fuerza de gravedad ha estado ejerciendo su tiranía sobre nosotros toda la vida. Desde el principio de los tiempos. Y no siempre es bueno escapar de ese yugo, por lo que aquí podrás encontrar varios métodos para generar gravedad artificial.

Cómo generar gravedad artificial

Experimentar microgravedad en caída libre

Con la llegada de los viajes espaciales por fin podemos librarnos de su influencia. Flotar en el espacio, sentirnos libres, hacer maniobras imposibles… Y en poco tiempo nos daremos cuenta de que su ausencia es un problema. ¿Cómo te orientas? ¿Cómo te mueves ahora que no puedes caminar? Comer, beber, dormir… todo tiene nuevas normas. Y entonces deseas que haya un método para crear gravedad artificial y volver a la rutina, a lo seguro. El espacio ya presenta suficientes problemas (radiación, frío, vacío…) para tener que lidiar también con dónde demonios está arriba y abajo.

La gravedad es una fuerza de la naturaleza que generan los cuerpos con masa, por muy insignificante que esta sea. Dos objetos tienden a atraerse el uno al otro, resultando en una aceleración que provoca su movimiento. Si pusiéramos dos objetos en el espacio, e ignoráramos todas las demás fuerzas de gravedad, con el paso del tiempo acabarían juntos. Esto se aplica incluso si los dos cuerpos tienen masas muy diferentes. Así, una pieza de Lego en el espacio se siente atraída por la gravedad de Tierra, pero nuestro planeta también se siente atraído por la insignificante pieza de Lego. Sin embargo, la mayor masa del mundo hace que su fuerza de gravedad sea muy superior y su desplazamiento, irrelevante.

Anular la gravedad EN nuestro planeta

Si un cuerpo tiene una aceleración de igual valor y opuesta a la de la gravedad, entonces no sufrirá sus efectos. Ese es el principio físico que se utiliza para simular gravedad cero en los vuelos parabólicos. Utilizando la aceleración del avión y el ángulo adecuado se consigue una aceleración vertical de +9,8 m/s² que se opone a los -9,8 m/s² de Tierra. Durante ese tiempo se experimenta la microgravedad como si se estuviera en el espacio, sin necesidad de salir de la atmósfera terrestre. También es un buen entrenamiento para cuando llegue la hora de la verdad.

Las tres fases del vuelo parabólico son: vuelo horizontal, hipergravedad y microgravedad. Fuente

Anular la gravedad DE nuestro planeta

La gravedad de Tierra se calcula en 9,82 m/s²; la de Júpiter, 24,79 m/s²; y la del Sol, 274 m/s². Es la masa lo que determina la fuerza de gravedad. Así que el cuerpo con mayor masa es el que ejerce la mayor fuerza gravitatoria, esa es la razón por la que los satélites naturales se vean atraídos por grandes masas como Jupiter, que cuenta con 69 satélites hasta el momento. Sin embargo, esta fuerza no es constante porque otros factores, como la distancia, pueden reducir notablemente la fuerza de gravedad; cuanto más lejos, menos influencia.

A 400 km de altura se encuentra la estación espacial internacional. Allí la gravedad es el 90% de la que tenemos en la superficie terrestre. La razón para que los astronautas sientan ingravidez es porque se encuentran en caída libre de forma constante, orbitando Tierra cada 92 minutos, y esa aceleración anula la fuerza de gravedad. Pero sigue siendo el 90%. Si queremos experimentar una auténtica microgravedad tenemos que irnos mucho más lejos. Para que la gravedad de Tierra fuera solo un 1% tendríamos que estar a una distancia de 180.000 km, casi a medio camino de Luna. Solo podríamos hablar de gravedad cero en el espacio profundo, lejos de la influencia de estrellas y planetas.

Microgravedad

La microgavedad (o gravedad cero) es la ausencia de fuerzas de atracción gravitatoria (o el resultado de diversas fuerzas opuestas que terminan por anularse). Esto proporciona una gran libertad de movimientos y la posibilidad de desplazar objetos pesados (otro día hablaré de la diferencia entre peso y momento lineal) con reducida maquinaria, lo cual facilita el trabajo de los mineros espaciales, por ejemplo, o de aquellos que operan los muelles de una estación espacial.

Sin embargo, perder la gravedad puede suponer un problema muy serio. Este artículo trata sobre métodos para combatir su ausencia o, cuando sea posible, generar gravedad artificial. Porque va a ser muy necesaria para la supervivencia de los personajes. El espacio carece de oxígeno, alimento y está expuesto a la radiación. Exactamente el tipo de cosas que pueden convertirte en un objeto inerte que flota por toda la eternidad. Y tú quieres evitar a toda costa alejarte de tu nave. ¿Cómo te mueves sin gravedad? Allí arriba el rey de la supervivencia no es Darwin, sino Newton.

Haz un buen nudo

Malo malo si no te agarras bien…

La ausencia de gravedad en el espacio puede ser un problema muy gordo cuando la vida solo es posible en el hábitat que has traído contigo, sea este una nave o una estación espacial. Por lo que conviene no perder el contacto físico en ningún momento. La película Gravity describe ese problema con angustioso realismo, al mostrarnos a la doctora Ryan Stone en su desesperada lucha por agarrarse a algo.

Este inconveniente puede solventarse con una simple cuerda. Mejor si es un cable de alta resistencia. La superficie de la nave o la estación debería estar cubierta de anclajes. Lo cual también le da un toque especial a tus escenarios. Esto permitirá a los astronautas realizar operaciones extravehiculares sin el riesgo de que un golpe mal calculado les empuje repentinamente en sentido opuesto, lejos de la seguridad de su nave. Solo necesitan practicar saltos cortos, de zona segura en zona segura.

Mochilas propulsoras

También en Gravity vemos la herramienta que utilizan los astronautas de verdad para desplazarse en el espacio: mochilas propulsoras. Con ellas no pueden generar gravedad artificial, desde luego, pero les sirve para moverse en la dirección que ellos quieren. Lo cual resulta muy útil tanto para paseos espaciales como para regresar vivos.

La mochila propulsora de la NASA

A diferencia de la creencia popular, no son cohetes lo que proporciona el impulso, sino gas comprimido. Las mochilas propulsoras son grandes contenedores de gas a presión que se va liberando para conseguir un empuje, siguiendo la tercera ley de Newton. Estos equipos tienen distintos escapes a su alrededor para permitir el movimiento en los ejes cartesianos. En otras palabras, la combinación izquierda-derecha, más arriba-abajo, más adelante-atrás es lo que permite al usuario desplazarse en la dirección que quiere. Puede que cueste un tiempo aprender a manejarlos, pero son una forma segura de realizar operaciones extravehiculares.

Botas magnéticas

Todos los aficionados a la ciencia ficción adoran estos trastos. Son botas con un sistema de imanes que se pueden conectar a voluntad del usuario. Si se otorga a esos imanes una fuerza de 1 G, sería como caminar sobre la superficie terrestre. Para que funcionen es necesario que la nave esté construida con algún material magnético, así que ten  muy presente cuál es y cuál no. Para no pillarte los dedos.

Si en algún momento necesitaras microgravedad, para moverte más rápido, por ejemplo, basta con desconectarlos. Una vez llegues a tu destino, vuelve a encenderlos para recuperar la gravedad artificial. Es sencillo y muy realista. Por eso a todo el mundo le encantan.

Motor de gravedad artificial

El recurso más clásico de la ciencia ficción. No tengo nada en su contra, vaya por delante. Es un recurso tan legítimo como cualquier otro. ¿Por qué la tecnología no ha podido avanzar hasta el punto de poder generar gravedad artificial? Esto es ciencia ficción y siempre hace falta un poco de imposible para darle su punto. Así que vamos a explicar las ventajas de este sistema.

En primer lugar, te proporciona la gravedad artificial que necesitas. Obvio. Además, lo hace sin que tengas que tener en cuenta la Física, como el vector de dirección, aceleración y demás elementos del movimiento. Tu nave tiene un arriba y un abajo porque hay gravedad artificial en su interior. Esto te otorgará libertad a la hora de diseñar el tipo de nave espacial en la que vas a desenvolverte.

Fuerza centrífuga

Muy útil para estaciones espaciales. Consiste en tener una instalación rotando sobre un eje central para generar una fuerza centrífuga con la que generar gravedad artificial. De este modo el extremo exterior de la estación es el “suelo” mientra el centro es la parte superior. La cantidad de aceleración generada (la gravedad) depende de la velocidad de rotación y la distancia respecto al centro. Las zonas exteriores tienen mayor gravedad que las interiores.

Estos cambios de gravedad pueden resultar incómodos para sus ocupantes. Además de generar problemas de orientación como consecuencia del efecto Coriolis. La errónea percepción del movimiento que se produce en un objeto en rotación.

Gravedad artificial y el efecto coriolis, presentes en la saga The Expanse.

El efecto Coriolis es complicado de explicar. Hay veces que me cuesta entenderlo. Si vas a usar la fuerza centrífuga para generar gravedad artificial deberás tener en cuenta que las trayectorias rectas no son rectas. ¿Qué? Al producirse un movimiento dentro de un cuerpo en rotación se produce el efecto Coriolis, aquel en el que los objetos en tienden a desplazarse hacia la trayectoria original, no al punto de destino (porque este se ha movido).

Para más claridad, aquí os dejo una demostración gráfica del efecto Coriolis.

Motor de impulso newtoniano

Mi favorito por ser el más realista. O, al menos, el que mejor se adapta a la Física. Utilizando una aceleración constante y la tercera ley de Newton se consigue generar gravedad artificial en el interior del objeto en movimiento. Esto supone que una nave acelerando a 9,82 m/s² (“velocidad” 1 G; en realidad, aceleración 1 G) generará una gravedad equivalente en el sentido opuesto de la aceleración. Y así tenemos la gravedad artificial que nos convenga. Un motor de impulso newtoniano proporciona la posibilidad de jugar con distintas aceleraciones y gravedades, desde hacer un viaje más placentero a 0,4 G a torturar a tu tripulación con 8 G de velocidad en caso de emergencia.

Gravedad artificial generada por aceleración constante, también en The Expanse.

Derrochando combustible

Un problema derivado de un motor de aceleración continua es el consumo de combustible. Un asunto del que hablaré en un artículo sobre motores ultralumínicos. Pero te adelanto que no deberías darle muchas vueltas. Céntrate más en la ficción que en la ciencia. Si tu lector está dispuesto a creer que tu nave puede tener un generador de gravedad artificial también aceptará la existencia de un supercombustible. Como la antimateria. Tan solo dale un nombre técnico y pasa a otro asunto.

Hasta aquí el artículo sobre gravedad artificial, espero que te haya resultado útil y haya enriquecido tu proyecto de novela. Si tienes alguna duda o quieres dejar un comentario, te invito a hacerlo. Y si quieres estar al tanto de más artículos como este te invito a que te suscribas a mi lista de avisos.

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Carlos Pérez Casas

Carlos Pérez Casas nació en Zaragoza en 1989. Máster en Historia Contemporánea por la Universidad de Zaragoza. Es profesor, escritor y corrector ortotipográfico. Autor de dos novelas (El Señor es mi pastor y El alguacil) y, por el momento, fiel participante de NaNoWriMo.

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