¿Por qué flotan los astronautas?

Para entrar en una órbita estable alrededor de la Tierra, primero hay que salir de las capas más densas de la atmósfera porque, de lo contrario, simplemente estaremos volando y gastando una cantidad absurda de combustible luchando contra la fricción del aire para no perder velocidad. Cuando un vehículo alcanza una altura de unos 100 kilómetros, la densidad del aire es tan baja que no permite la sustentación que mantiene a las aeronaves en vuelo. Esa es la frontera a la que se considera que empieza el espacio.

Hay que tener en cuenta que, en realidad, la atmósfera se extiende hasta 800 kilómetros por encima de nuestras cabezas. A esa altura hay tan pocas partículas de gas que su presencia es prácticamente inapreciable pero, aún así, el poco aire que hay en esta zona es capaz molestar a los satélites que se mueven a través de ella. De hecho, a unos 400 kilómetros de altura, la ISS tiene que acelerar para contrarrestar la velocidad que pierde con el tiempo por la fricción con el aire, que hace que su órbita pierda 2 kilómetros de altura cada mes.
Se considera que estamos en el espacio a partir de los 100 kilómetros de altura.
Se considera que estamos en el espacio a partir de los 100 km de altura.
Los satélites con órbitas más bajas dan vueltas alrededor de la Tierra a unos 160 kilómetros de altura, aunque la gran mayoría se encuentran a más de 300 kilómetros, precisamente porque el rozamiento con la atmósfera es bastante molesto hasta esa altura. Aquí tenéis una imagen a escala con la que os podéis hacer una idea de lo «cerca» de la superficie que orbitan los satélites:


Pero, por extraño que parezca, los satélites más cercanos a la Tierra siguen experimentando una fracción considerable de la fuerza gravitatoria que sentimos en la superficie terrestre. De hecho, incluso a 400 kilómetros de altura, la Tierra tira de la ISS (y de sus tripulantes) con el 90% de la fuerza que sentimos en la superficie.

Entonces, ¿por qué los astronautas flotan en la estación espacial si están siendo atraídos hacia abajo?
Dicho de manera simple: mantener vehículos en órbita es la ciencia de caerse sin tocar el suelo.
Cuando disparamos una bala horizontalmente, ésta describe una parábola a medida que pierde velocidad y cae al suelo. Cuanto más rápido salga la bala del cañón, más abierta será la parábola que describirá y, por tanto, llegará más lejos antes de tocar el suelo.

Desde la superficie de la Tierra no podemos mandar las balas tan lejos como nos dé la gana porque, mientras disparemos desde en el interior de la atmósfera terrestre, el rozamiento con el aire reducirá la velocidad de las balas y, tarde o temprano, caerán al suelo.

Pero, ¿qué pasaría si la Tierra no tuviera atmósfera y disparáramos una bala sobre su superficie?
Pues, si no hay aire que la frene, la bala podrá llegar tan lejos como queramos, así que los únicos factores que determinarán su trayectoria serán su velocidad, la fuerza gravitatoria del planeta y la altura del disparo. Si, además, tenemos en cuenta que la superficie de la Tierra está curvada y la gravedad tira de la bala con una fuerza perpendicular a la superficie…


Y esto es lo que ocurre en el espacio cercano: si movemos un objeto hasta una altura suficiente y le imprimimos la velocidad adecuada, es posible conseguir que siga una trayectoria que se curve al mismo ritmo que la curva de la Tierra se aleja de él. O sea, que eso es precisamente lo que se hace para poner los satélites en órbita: conseguir que vayan tan rápido y estén tan altos que nunca caigan al suelo.

A 400 kilómetros de la superficie terrestre, los 7.66 km/s a los que se desplaza la ISS son los justos y necesarios para que la estación espacial caiga al mismo ritmo al que el suelo se aleja de ella debido a la curvatura del planeta.

Y esto no sólo es cierto para los tripulantes de la ISS: cualquier objeto que orbita alrededor de otro está experimentando, en realidad, una caída infinita . De ahí que lo que experimentan los astronautas no sea ingravidez (entendido como la ausencia de una fuerza gravitatoria), sino una especie de caída libre permanente. Este es el motivo porque el que los astronautas tardan un tiempo en adaptarse a la vida del espacio: su sistema vestibular (el que regula el equilibrio) necesita acostumbrarse a la sensación de caída libre. Hasta entonces, los astronautas sufren náuseas, vómitos y tienen dolores de cabeza, un proceso de adaptación puede durar desde unas horas hasta 3 días.

La moraleja de este texto es que, en el espacio, los cuerpos celestes siguen tirando de ti con una fuerza mayor cuanto más cerca estés de ellos. Y la única manera de quedar en órbita sin estrellarte contra ellos es moverte muy rápido a su alrededor para que la caída dure el mayor tiempo posible pese al tirón de la gravedad.

Educación en valores: La velocidad, decisiva para la seguridad vial

La relación entre la velocidad y la inseguridad de la circulación tiene varios aspectos principales:

• La gravedad de un accidente, aumenta con la velocidad con que se produce el impacto del vehículo contra un obstáculo fijo o móvil, o con el suelo en caso de vuelco. Las primeras consecuencias mortales aparecen a partir de una velocidad final de unos 25 km/h para los ocupantes de un vehículo no provistos de cinturón de seguridad y los peatones, y de unos 40 km/h para los ocupantes provistos de cinturón de seguridad; la probabilidad de muerte alcanza un 50% a unos 50-55 km/h para el primer grupo, y a 65 km/h para el segundo. Un choque a 120/h equivale a una caída vertical de 54 metros.

• Con la velocidad aumenta la distancia recorrida por un vehículo mientras su conductor reacciona ante cualquier información relacionada con su tarea de conducir (percepción de un obstáculo y la decisión de esquivarlo o frenar).
• Cuanto mayor sea la velocidad de aproximación a una curva mayor es la inseguridad potencial de ésta. 

Factores que afectan a la velocidad

El comportamiento del conductor.

El conductor es el que decide sobre la velocidad que lleva el vehículo. Esta decisión está influida por diversos factores, ambientales, características de la vía y del vehículo; pero también y sobre todo por la personalidad, la actitud, y los motivos del conductor. Así sabemos que:

• En general, los conductores jóvenes conducen más deprisa que la media.
• Los conductores que llevan pasajeros circulan más despacio que los que conducen solos, sobre todo si son jóvenes.
• Los conductores que realizan un desplazamiento largo tienden a conducir más deprisa que los que lo efectúan corto.
• Algunos estudios sugieren que la velocidad depende en gran manera de la familiaridad del conductor con la carretera.

Las características de la vía.

La mayoría de los estudios han demostrado que la velocidad aumenta con la calidad de ésta, tanto en lo relativo al trazado como a la regularidad superficial de su pavimento y al ruido que perciben. El factor que más limita la velocidad es la curvatura en planta, por la sensación de aceleración centrífuga no compensada por el peralte que provoca en el conductor. Sin embargo, una merma de la visibilidad no suele provocar una disminución de la velocidad, los conductores asumen más riesgo.

Las características del vehículo.

El tipo y las características del vehículo influyen en la velocidad, pero no demasiado, a no ser que se combinen con otros factores relacionados con el trazado, especialmente en alzado.

Las condiciones meteorológicas.

La niebla reduce la visibilidad disponible en términos inciertos, y provoca unas reducciones de la velocidad a veces excesivas.

La lluvia reduce el rozamiento disponible entre el neumático y el pavimento, necesitándose una mayor distancia para detenerse.

Situaciones más peligrosas.

Según determinados estudios el riesgo de sufrir un accidente cuando se toma una curva a una velocidad incorrecta se triplica. La configuración del terreno, la nocturnidad, el humo la vegetación, deslumbramientos ..., unidos todos ellos a una velocidad excesiva incrementa en cerca de un 150% el riego de sufrir un accidente.

Distancia de detención.

Si convertimos los kilómetros por hora a metros por segundo, tendremos una idea aproximada de la distancia que recorre un coche en un segundo, que es el tiempo aproximado que transcurre desde que el cerebro percibe un peligro, envía una orden al pie, y éste empieza a pisar el pedal del freno. Este tramo, se denomina distancia de reacción, y depende de la rapidez de reflejos del conductor y de la velocidad a la que circula.

La distancia de frenado supone el espacio en el que debe detenerse el vehículo, y éste depende de la velocidad a la que se circula, el tipo de calzada, las condiciones de adherencia del suelo, el estado de los frenos del vehículo, amortiguadores, ... La suma de la distancia de reacción y de la distancia de frenado es lo que se denomina distancia de detención.

Educación en valores: ¿Cómo funciona el catalizador de un coche?

Las normativas anticontaminación cada vez son más severas y prácticamente todas las marcas están optando por la electrificación de sus mecánicas para superar los límites de emisiones.

 Antes de que llegasen los coches híbridos, eléctricos, microhíbridos o de gas ya había formas de controlar las emisiones y que ahora incluso aquellos motores térmicos más eficientes siguen utilizando. Estamos hablando de los convertidores catalíticos, un sistema que prácticamente todos los coches modernos equipan para controlar las emisiones de los motores de combustión interna.Los convertidores catalíticos ya son una pieza indispensable de las líneas de escape tanto en los motores diésel como en los de gasolina y su ubicación suele estar lo más próxima posible al motor para favorecer una de las claves de su funcionamiento: la temperatura. Estos materiales al ser calentados por los gases de escape a alta temperatura procedentes del motos se ponen al rojo vivo y empiezan a obrar su magia química. Las partículas de hidrocarburos (HC) no quemados, óxido de nitrógeno (NOx) y el monóxido de carbono (CO) procedentes de la combustión son captadas y comienzan a reaccionar.

El primer paso es que las partículas de NOx se disocien por parejas en nitrógeno (N₂) y oxígeno (O₂) a temperaturas por encima de 500ºC. En segundo lugar el nitrógeno (N₂), el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC) y el oxígeno (O₂) vuelven a reaccionar: monóxido de carbono y oxígeno se convierten en dióxido de carbono (CO₂, menos tóxico) al tiempo que los hidrocarburos y el oxígeno se asocian en vapores de agua (H₂O) y más dióxido de carbono (CO₂).Para el correcto funcionamiento de los catalizadores es necesario que alcancen su temperatura óptima de funcionamiento, así que es necesario no conducir siempre a punta de gas y bajas revoluciones o el bloque cerámico puede acabar resintiéndose. Hay que apuntar también que para que los catalizadores funcionen bien la proporción de aire y combustible debe ser próxima a la estequiométrica.