Um astronauta flutua em uma estação espacial. Explique por que a força peso do astronauta é praticamente nula nessa situação.

Passo 1

O enunciado pergunta por que a força peso de um astronauta é praticamente nula quando ele flutua dentro de uma estação espacial em órbita. O conteúdo de matéria é mecânica clássica, mais especificamente o conceito de peso e de queda– livre em órbita.

Passo 2

Definimos a força peso como a força gravitacional que a Terra exerce sobre o astronauta, dada por
\vec{P} = m\,\vec{g},
onde m é a massa do astronauta e \vec{g} é o vetor aceleração da gravidade no ponto considerado.

Passo 3

Na altitude típica de uma estação espacial (cerca de 400,km acima da superfície), a gravidade ainda é grande, aproximadamente
g_{\rm \acute{o}rbita}\approx \frac{GM}{(R_{\rm Terra}+400\,\text{km})^2}\sim 8{,}7\\ \text{m/s}^2,
ou seja, não é nula. Porém, tanto o astronauta quanto a estação caem em torno da Terra com essa mesma aceleração, descrevendo uma órbita quase circular.

Passo 4

Como astronauta e estação estão em queda-livre conjunta, não há esforço de suporte ou reação de contato exercido pela estação sobre o corpo do astronauta. Em outras palavras, não existe força normal \vec{N} atuando sobre o astronauta. É essa força de contato que, em solo, sentimos como “peso”.
Na ausência de força normal, a soma das forças externas sobre o astronauta é somente a força gravitacional, que produz sua aceleração orbital, mas não gera qualquer pressão ou sensação de peso interno. Assim, o peso aparente do astronauta é zero, e ele flutua.

Resposta

A força peso real não desaparece, mas como astronauta e estação caem juntos em órbita (queda-livre), não há força de contato (normal) sobre ele. Esse fato anula o peso aparente, fazendo-o flutuar.

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