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
onde
é a massa do astronauta e
é o vetor aceleração da gravidade no ponto considerado.
Passo 3
Na altitude típica de uma estação espacial (cerca de
,km acima da superfície), a gravidade ainda é grande, aproximadamente
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
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.
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.