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Astronauta fora da nave

Imagine um astronauta na seguinte situação: Um astronauta está lá no espaço fazendo uma manutenção num satélite e tal, então ele fica flutuando. Por que ele não cai e se cai aonde ele ia parar?

Pergunta originalmente feita em: http://br.answers.yahoo.com/question/

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Em primeiro lugar é importante destacar todas as experiências reais com astronautas ocorreram em regiões onde havia não desprezíveis campos gravitacionais da  Terra, do Sol e da Lua. Portanto o astronauta e a nave estavam acelerados devido à atração que ambos sofrem por parte da Terra, do Sol e da Lua. Ambos estão submetidos ao mesmo campo gravitacional resultante  naquela região (desprezando-se pequenos efeitos diferenciais notados mais adiante).

Há também um força de interação gravitacional entre o astronauta e nave mas esta é muitas ordens de grandeza menor do que a força que o astronauta sofre por parte da Terra, do Sol, … e podemos portanto, com excelente aproximação, desconsiderá-la.

Vou agora considerar que o astronauta e nave estão nas proximidades da Terra, tal como acontece na Estação Espacial Internacional, onde prepondera o campo gravitacional da Terra sobre os demais.

Ambos, nave e astronuta, então sofrem (quase) a mesma aceleração da gravidade que está dirigida para a Terra e é responsável por manter ambos, astronauta e nave “caindo” constantemente em direção à Terra, isto é, mantendo a órbita em torno da Terra. Desta forma o astronauta  pode permanecer em repouso em relação à nave (mesmo que não exista uma ligação material, como por exemplo um cabo, entre o astronauta e a nave) já que a aceleração relativa do astronauta em relação à nave ou da nave em relação ao astronauta é nula portanto. É interessante notar que a situação é a mesma se o astronauta estiver localizado dentro da nave.

O movimento relativo astronauta-nave portanto independe do campo gravitacional  resultante da Terra, do Sol, … que (quase) igualmente acelera os dois.

De fato existem pequenos efeitos diferenciais em ambos (por isto usei a palavra quase entre parênteses no parágrafo anterior), tão pequenos que podemos ignorar usualmente, associados a forças de maré da Terra, do Sol e da Lua sobre ambos (vide mais detalhes nos endereços abaixo citados).

Entretanto, se de alguma forma o astronauta estiver em movimento em relação à nave (por exemplo, ele se impulsionou para fora da nave), esta velocidade relativa será conservada (enquanto a distância entre eles não crescer muito para que ambos já estejam submetidos a diferentes campos gravitacionais de Terra) e ele poderá se afastar (ou se aproximar) da nave. Para prevenir tal possibilidade é conveniente que o astronauta esteja ligado por um cabo à nave pois então o cabo impedirá que ele se afaste indefinidamente da nave.

Finalmente, é importante destacar que o eventual movimento acelerado do astronauta  em relação à nave NÃO depende da Terra, ou Sol, ou da Lua (que, conforme destacado antes, aceleram igualmente a ambos), dependendo apenas de alguma outra ação, por exemplo, um empurrão para fora da nave ou algum sistema de propulsão no traje do astronauta. Vide mais detalhes em Unidade de propulsão do astronauta.

Outras perguntas relacionadas a esta:

Por que a aceleração da Estação Espacial Internacional não pode ser percebida pelos tripulantes?

Imponderabilidade no filme GRAVIDADE: até quando é possível?

Por que não sentimos o movimento da Terra em relação ao Sol?

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“Docendo discimus” (Sêneca)

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4 comentários em “Astronauta fora da nave

  1. Gabriel disse:

    Interessante a explicação!
    Relembrando o caso ilustrado pela foto mostrada na postagem, em que temos o astronauta Bruce McCandless II, primeiro homem a “caminhar” no espaço, estreando o MMU (Manned Maneuvering Unit), gostaria de levantar uma questão.
    Segundo a NASA, o relato é de que ele teria “caminhado” aproximadamente 100 m distante do ônibus espacial, a partir disso me veio a dúvida, como seria possível o MMU impulsionar Bruce de volta para o ônibus espacial, já que segundo as informações este traje alcança 25 m/s e o ônibus espacial em órbita está a aproximadamente 7660 m/s?
    Mesmo que seja levada em consideração a velocidade inicial de Bruce, que nesse caso é a mesma do ônibus espacial, após ele se distanciar do ônibus espacial, ele estaria perdendo velocidade em relação ao mesmo, já que os corpos se distanciam em sentidos opostos, sendo assim a velocidade de órbita do Bruce seria afetada, não!?

    • Fernando Lang disse:

      Bruce muda sua velocidade NÃO por se afastar da nave. A velocidade de Bruce não guarda relação causal com a distância que se encontra da nave. Ele se afasta da nave por ter sido impulsionado para fora dela pelo propulsor em seu traje. O mesmo propulsor o faz retornar quando assim é desejado.

      • Gabriel disse:

        Professor, não entendi exatamente, se puder detalhar os conceitos envolvidos nessa questão, lhe agradeço, pois ao meu ver, não é tão simples quanto parece.
        Segundo a lei da conservação da energia, temos que um corpo tende a manter o repouso ou seu movimento acelerado, desde que este não sofra alguma força de ação externa, correto!?
        Sendo assim, o conjunto Nave + Bruce estando em órbita, a tendência é que o conjunto assim permaneça até sofrer alguma força proveniente de ação externa. Já para o caso em que Bruce se separa da nave através da ação exercida pelo propulsor, este acaba saindo do repouso e até mesmo vence a Inércia que faria com que ele seguisse orbitando a Terra no mesmo sentido da Nave.
        Concluindo, tendo em vista que ao se deslocar em sentido contrário do seu movimento inicial (nave em órbita), Bruce se distancia da nave, existe a possibilidade de que ele perca velocidade em relação à Terra e seu estado de órbita seja afetado!?

        • Fernando Lang disse:

          A velocidade que o Bruce adquire em relação a nave produz uma pequena modificação em sua órbita em torno da Terra. Nota que a velocidade relativa dele em relação à nave é de alguns metros por segundo enquanto que a velocidade orbital de ambos é quase 8 km/s.

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