Voli pindarici

Passate le “fatiche”, che descriverò più in là su queste pagine, torno a parlare di un argomento che mi frullava nella testa da un po’.

Anche perché mi sono reso conto che non sono solo i social ad essere responsabili di errori e panzane quando si parla di scienza.

Tempo fa una mamma ha postato una foto su Twitter chiamando in causa Samantha Cristoforetti per segnalarle, con gaudio, che sui libri scolastici si parla di spazio.

E fin qui, bene.

Sul libro in questione, di fianco ad una foto raffigurante una scena di vita quotidiana della ISS, la Stazione Spaziale Internazionale, dove “AstroSamantha” ha vissuto per 199 giorni, campeggiava tronfia la didascalia: “L’intensità della forza di gravità non è costante. Allontanandosi dalla superficie terrestre, diminuisce l’intensità dell’attrazione gravitazionale: questo fenomeno è ben evidente osservando gli astronauti sulla Stazione Spaziale Internazionale, dove l’intensità della forza di gravità è ridotta al punto che persone e oggetti devono essere ancorati a dei sostegni per non volare nell’abitacolo.”

Parole che hanno entusiasmato la mamma, utente di Twitter, tanto felice di vedere la foto dell’astronauta, prima donna italiana negli equipaggi dell’Agenzia Spaziale Europea, sul libro di testo del figlio da coinvolgerla proprio via social network.

Ma – chiamata in causa – AstroSamantha nota subito l’errore e lo sottolinea. “Quanto scritto in questa didascalia è una grandissima sciocchezza. […] Ma veramente si tratta di un testo scolastico?”

E dopo la spiegazione Cristoforetti precisa che intende segnalare il libro di testo al Miur, il Ministero dell’istruzione, dell’università e della ricerca, e precisa: “Se avete imparato una cosa nuova, vi chiedo un favore, se potete: oggi spiegatela ad un’altra persona”.

Ma qual è l’errore del libro di testo?

Cerchiamo una foto della ISS su Google.

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Umberto Guidoni primo italiano ed europeo ad entrare nella Stazione Spaziale Internazionale

 

Guardate la fotografia e provate a rispondere a una domanda: “Perché sulla ISS le cose e le persone fluttuano?” Se sapete già la risposta provate a porre questa domanda a un buon numero di vostri amici. Ora, a meno che non abbiate molti amici appassionati di scienza, la maggior parte delle risposte suonerà circa così: “Perché non c’è la forza di gravità” o più ottimisticamente “Perché la gravità è poca”. Bene, queste risposte sono sbagliate.

La Stazione Spaziale Internazionale si trova a circa 400 chilometri di distanza dalla superficie terrestre, ben oltre l’atmosfera, e orbita intorno al nostro pianeta a più di 27 mila chilometri all’ora, compiendo 15 giri della Terra ogni giorno terrestre.

A questa distanza la forza di attrazione gravitazionale è ridotta di poco più del 10% rispetto a quella sulla superficie della Terra, decisamente troppo poco per rendere le cose prive di peso.

Quindi perché gli oggetti e le persone fluttuano sulla ISS, e perché quest’ultima non precipita sul nostro pianeta?

Per capirlo vediamo cosa significa esattamente che un oggetto “orbita intorno al nostro pianeta”.

Se lanciate un oggetto da una certa altezza, o con una certa angolazione, e gli imprimete una velocità iniziale, questo compirà una traiettoria parabolica che si concluderà quando tocca il suolo. La gittata del lancio sarà tanto più lunga quanto sarà alta la velocità iniziale.

Ora immaginate di sparare un oggetto da così in alto e così veloce da fargli compiere l’intero giro della Terra e farlo tornare al punto di partenza prima di toccare il suolo. Complimenti, avete appena messo in orbita un corpo.

Proprio con questo esempio nel 1687 Isaac Newton spiega come la forza responsabile della caduta dei corpi sulla Terra sia la stessa che tiene la Luna in orbita attorno al pianeta. Il nostro satellite, e tutti gli altri oggetti lanciati nello spazio negli anni seguenti, non sono nient’altro che corpi in caduta libera che non raggiungono mai il suolo.

Spostiamo quindi la nostra attenzione su cosa accade a un corpo in caduta libera.

Per farlo ricorreremo ad un altro esperimento, questa volta più facile da mettere in pratica. Mettete una bilancia (del genere a molla, come le bilance pesapersone, non a due bracci) in un ascensore, ponetegli sopra un oggetto e prendete nota della misura del peso.

Ora premete un pulsante di un piano superiore e appena l’ascensore inizierà a muoversi controllate come si comporta la bilancia: dovrebbe indicare un peso maggiore. Ciò è dovuto al fatto che l’accelerazione dell’ascensore, per un osservatore interno all’ascensore stesso, si somma a quella di gravità facendo sembrare l’oggetto più pesante.

Ripetiamo ora l’esperimento facendo però scendere l’ascensore: il risultato sarà che la bilancia indicherà un peso inferiore poiché l’accelerazione in questo caso si sottrae e l’oggetto sembrerà più leggero. A questo punto verrebbe da chiedersi quale sia l’accelerazione necessaria a far sembrare l’oggetto privo di peso. La risposta è 9,81 m/s2, proprio l’accelerazione di gravità: l’ascensore e i corpi al suo interno dovrebbero essere in caduta libera. Se non sapessimo di essere in un ascensore che precipita sembrerebbe quindi di trovarsi in un posto privo di gravità.

Abbiamo detto che la Stazione Spaziale Internazionale e i suoi occupanti orbitano intorno alla Terra, il che vuol dire che, come tutti i corpi orbitanti, sono in caduta libera e un corpo che cade è come se fosse privo di peso; questo fenomeno è detto microgravità. Ecco infine la risposta alla domanda iniziale.

Ad essere precisi sulla ISS c’è un piccolo residuo di gravità. Questo è dovuto ad alcuni attriti con ciò che rimane dell’atmosfera terrestre, ma anche alla struttura stessa della stazione: la ISS, infatti, è composta da più moduli che hanno delle piccole oscillazioni gli uni rispetto agli altri. L’effetto complessivo di tutte queste perturbazioni è una gravità di circa un milionesimo di quella terrestre.

Non bisogna però recarsi necessariamente nello spazio per sperimentare la microgravità. Gli astronauti per addestrarsi usano quelli che vengono simpaticamente chiamati “Vomit Comet”. Si tratta di aerei che compiono un volo parabolico al fine di simulare l’assenza di peso.

L’aereo, un Airbus A310 leggermente modificato, quando è già a circa 6mila metri di altitudine sale di altri 1500 metri con un angolo di circa 45-50 gradi. L’aereo arriva così a un’altitudine di 7,5 km in circa 20 secondi durante i quali, a bordo, si è soggetti a una forza di gravità circa il doppio di quella normale (1,8 g). Successivamente viene tolta potenza ai motori e da quel momento i passeggeri iniziano a provare l’assenza di gravità, per circa 22 secondi.

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Lo schema del volo parabolico

 

L’aereo, superato il picco della parabola per inerzia, scende in caduta libera; poco dopo viene ridata potenza ai motori, per riportare l’aereo in volo orizzontale e i passeggeri sono di nuovo soggetti a una gravità maggiore (1,8 g); la parabola a questo punto ricomincia e l’operazione è ripetuta una trentina di volte a volo.

A proposito, in quel libro di testo, tra l’altro, non veniva raffigurata neanche la ISS, ma un aereo in traiettoria parabolica, proprio un “Vomit Comet”.

Riprendo la frase della Cristoforetti e la faccio mia.

Se avete imparato una cosa nuova, vi chiedo un favore, se potete: oggi spiegatela ad un’altra persona.

5 pensieri riguardo “Voli pindarici

  1. In effetti (ora non ricordo ogni quanto tempo)la stazione viene riposizionata riportandola su una nuova orbita proprio perché altrimenti cadrebbe un po’ come a fine ciclo caddero la vecchia Mir e recentemente la stazione cinese! Certo che l’errore, forse passabile per i non addetti ai lavori, che possiamo anche alla buona ritenere la microgravità simile alla assenza della stessa (che avremmo solo nello spazio profondo) giustamente non dovrebbe riguardare chi scrive testi su cui i ragazzi studiano. Il farlo spesso genera disastri. Uno classico ad esempio è quello del dire che l’uomo discende dalla scimmia quando invece la teoria afferma ben altra cosa ed è un concetto che se non viene spiegato bene poi porta a dubitare della scienza stessa! Quindi brava Samantha…adoro quella donna!

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  2. Interessante. Avevo tuttavia già sviscerato la situazione quando ne venni a conoscenza, cercando di spiegarlo a mio figlio. Il quale ha capito. Meno male.
    Tengo tuttavia a dire che è un errore in cui incapperebbero molti, a mio avviso, perché sia da piccoli tendiamo ad associare la mancanza di peso alla assenza di gravità.

    Il caso della ISS è quella di un corpo in perenne caduta libera.

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