Cómo dar la vuelta en el espacio exterior
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Los astronautas flotan en el interior del transbordador espacial porque se encuentran en un ambiente libre de gravedad. Esto crea un problema único para los astronautas que tratan de realizar su trabajo allá arriba: cómo dar la vuelta.
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Debido a que están flotando, cuando los astronautas tiene que dar la vuelta, no pueden hacerlo tan fácilmente como sea posible en la tierra. En la tierra, si usted está de pie en el suelo frente de una manera y quiere dar la vuelta, se utilizan los músculos de las piernas para tirar de los segmentos de la pierna para crear una fuerza de la tierra que te empuja en la dirección que que desee activar. Para dar la vuelta en el espacio, los astronautas flotando no pueden empujar fuera de la tierra, ya que no siempre están en contacto con el suelo! Los astronautas podrían esperar hasta que el movimiento flotante al azar los lleva a una pared o el suelo o el techo, y luego empujar esa superficie, pero esta espera es la pérdida de tiempo.
Una técnica utilizada para dar vuelta mientras que flota en el espacio es similar a la técnica utilizada por un gato. Los gatos, como se suele decir, siempre caen los pies por delante. Como lo hacen con todos los movimientos, las leyes de Newton proporcionan la explicación de los gatos de giro (y astronautas).
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Las versiones angulares de las leyes de Newton están relacionados con el efecto de inflexión de una fuerza, llamada esfuerzo de torsión. La primera ley de Newton dice que un par de desequilibrado provoca un cambio en el movimiento angular de un cuerpo, una aceleración angular. la segunda ley de Newton dice que el tamaño de la aceleración depende directamente del tamaño del par aplicado al cuerpo - un par motor más grande provoca una aceleración mayor, y un par motor más pequeño provoca una aceleración más pequeño. Pero la segunda ley de Newton también dice que el tamaño de la aceleración es inversamente proporcional a la resistencia del cuerpo a cambiar de movimiento - una mayor resistencia significa menos aceleración y menos resistencia significa mayor aceleración.
La resistencia a los cambios de movimiento angular se denomina momento de inercia. El momento de inercia depende no sólo de la masa del cuerpo, sino en cómo se distribuye la masa alrededor del eje de rotación. Los seres humanos, y gatos, pueden manipular el momento de inercia moviendo segmentos corporales más cerca de, o más lejos de, un eje de rotación. Moviendo segmentos más lejos del eje aumenta el momento de inercia y aumenta la resistencia a los cambios de movimiento angular. Llevar segmentos más cerca del eje reduce el momento de inercia y disminuye la resistencia a los cambios de movimiento angular.
El eje de rotación cuando una persona en posición vertical se da la vuelta para hacer frente a la otra dirección se denomina eje vertical del cuerpo. Es un eje imaginario que recorre la longitud del cuerpo de la cabeza a los pies (o pie a cabeza). Cuando una persona está de pie con sus brazos cerca del cuerpo y los pies juntos, el momento de inercia alrededor del eje vertical está en su valor más bajo.
Mecánicamente, una persona se compone de dos cuerpos separados - la parte superior del cuerpo (cabeza, brazos, y el tronco, incluyendo la columna vertebral, o espina dorsal) y la parte inferior del cuerpo (pelvis y piernas). El cuerpo superior e inferior del cuerpo pueden girar independientemente alrededor del eje vertical (como cuando se pone de pie en posición vertical y girar de lado a lado - sus giros parte superior del cuerpo, pero sus pies quedan en el suelo), y cada uno tiene su propio momento de inercia.
Considere un astronauta en una posición vertical mirando hacia la derecha mientras que flota en el espacio. Para activar todo el cuerpo flotante a la izquierda, la técnica utilizada por el astronauta implica los siguientes movimientos:
Levantar los brazos por encima de la cabeza, mientras que al mismo tiempo elevando las piernas delante para crear una posición L del cuerpo: Estos movimientos reducir el momento de inercia de la parte superior del cuerpo y aumentar el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo, alrededor del eje vertical.
Torcer la parte superior del cuerpo hacia la izquierda: Este movimiento de giro es causado por los músculos en el abdomen y la espalda baja. Un extremo de los músculos se une a la parte inferior del cuerpo en la pelvis, y el otro extremo se conecta a la parte superior del cuerpo sobre la columna vertebral y las costillas. El tirón de los músculos es igual en ambos extremos. Cuando los músculos tiran de la parte superior del cuerpo hacia la izquierda, que tiran de la parte inferior del cuerpo hacia la derecha. La rotación de la parte superior del cuerpo hacia la izquierda es más que la rotación de la parte inferior del cuerpo hacia la derecha debido a que el momento de inercia de la parte superior del cuerpo es menor que el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo.
Bajar los brazos para que estén en línea recta en la parte frontal del cuerpo, mientras que al mismo tiempo bajar las piernas. Estos movimientos crean una posición L invertida sobre el cuerpo, aumentando el momento de inercia de la parte superior del cuerpo y disminuir el momento de inercia de la parte inferior del cuerpo alrededor del eje vertical.
Torcer la parte superior del cuerpo hacia la derecha: El tirón de los músculos causa la parte superior del cuerpo para girar a la derecha y hace que la parte inferior del cuerpo para girar a la izquierda. La parte inferior del cuerpo gira más, ya que tiene el momento de inercia más pequeño. El cuerpo está ahora alineado en la posición de partida original.
La repetición de la secuencia de movimientos hasta que el astronauta se enfrenta a la dirección prevista.
Los astronautas deben aprender la técnica de la manipulación del momento de inercia al girar mientras flota en el espacio, aunque los gatos parecen haber nacido con su versión de la técnica programada en nuestro sistema neuromuscular (incluso los gatitos casi siempre pies primero). Una versión similar de torsión se puede realizar en la cama elástica, negando la necesidad de ir al espacio exterior para ver cómo manipular el momento de inercia puede permitir la rotación, mientras que en el aire.