¿La velocidad de la ISS disminuye en el momento de una caminata espacial o se vuelve estacionaria?

La Estación Espacial Internacional (ISS) está orbitando a casi 7,66 km/s. A velocidades tan altas, ¿cómo realizan los astronautas tareas fuera de la ISS? ¿O es todo relativo como si los astronautas tuvieran la misma velocidad (con respecto a la Tierra) dentro y fuera de la ISS, que es igual a la velocidad de órbita de la ISS?

¿Cómo puedes permanecer en una patineta? ¿Cómo puedes permanecer en la superficie de la Tierra, que se mueve a cientos de millas por hora alrededor del eje de la Tierra en la mayoría de los lugares habitados?
Si se detiene, cae.
La estación espacial nunca es ingrávida. Está experimentando casi tanta fuerza de gravedad hacia la Tierra como la que sienten las personas en la superficie. -- Los astronautas son ingrávidos por la misma razón por la que las personas que se lanzan en paracaídas no se alejan unas de otras hasta que abren sus paracaídas: todos van a la misma velocidad, a menos que una fuerza externa actúe sobre ellos. Como no hay viento en el espacio, no hay fuerzas externas. (Obligatorio XCKD: what-if.xkcd.com/58 )
Por lo menos, considere el inconveniente que implica reducir la velocidad hasta detenerse desde muchos kilómetros por segundo y tener que volver a acelerar cuando haya terminado.
No tengas miedo, pero cada uno de nosotros orbita alrededor del sol a unos 30 km/s y alrededor del centro de nuestra galaxia a unos 230 km/s.
@EricDuminil Quería hacer el mismo comentario al principio, pero me abstuve porque hay una diferencia crucial: no solo estamos orbitando el sol con el resto de la Tierra porque estamos en la misma órbita (estamos un porcentaje más o menos desviados debido a la rotación de la Tierra y los satélites están mucho más apagados); venimos porque estamos atados a la gravedad de la Tierra. La estación espacial, por el contrario, no ejerce una gravedad significativa sobre los caminantes espaciales; de hecho, se encuentran en órbitas muy similares.
@Peter-ReinstateMonica Una persona que camina desde la parte trasera de un tren hasta la parte delantera del tren no experimenta ninguna atracción gravitacional significativa del tren. Pero todavía se mueven junto con el tren y pueden cambiar su velocidad relativa a voluntad. Podemos experimentar la velocidad relativa en la vida cotidiana. En un avión, en un barco, en un tren, en una patineta. No creo que sea conceptualmente muy diferente de moverse alrededor del Sol, o el centro de la galaxia, o donde sea.
@Polygnome Tiene razón, el concepto de velocidades relativas (o más bien, reposo relativo) es el mismo en todos los casos. Pero la razón por la que no nos separamos con el tiempo es diferente.
Si desea obtener una comprensión decente de cómo funciona esto, debe jugar Kerbal Space Program
@Ghedipunk The space station isn't weightless, ever.Esto no es realmente cierto más allá de los tecnicismos de que se trata de un entorno de microgravedad y no estrictamente un marco perfectamente de gravedad cero. Una órbita estable es una verdadera geodésica del espacio-tiempo, por lo que cualquier cosa que siga esa trayectoria no tendrá peso. Creo que está tratando de señalar la idea errónea de que la ISS se encuentra en un entorno libre de gravedad , que no lo es, a pesar de que, y los astronautas, son efectivamente ingrávidos.

Respuestas (2)

Veamos la primera ley de Newton:

Ley I: Todo cuerpo persiste en su estado de reposo o de movimiento uniformemente recto, excepto en la medida en que se ve obligado a cambiar su estado por una fuerza impresa.

En el discurso matemático moderno, esto se puede afirmar de manera más precisa.

En un marco de referencia inercial, un objeto permanece en reposo o continúa moviéndose a una velocidad constante, a menos que una fuerza actúe sobre él.

Para un EVA, la resistencia atmosférica es insignificante. Cuando un astronauta abandona la ISS, no experimenta ninguna desaceleración debido a la resistencia. Simplemente mantienen su velocidad. Dado que antes de irse estaban orbitando la tierra junto con la ISS, orbitarán junto con la ISS después de irse. Al empujar contra las manijas en el exterior de la ISS, pueden ganar impulso y moverse en la superficie de la estación.

Así que no, la ISS no se ralentiza ni se vuelve estacionaria con respecto a la Tierra. Pero la ISS está más o menos estacionaria con respecto al astronauta.

Y, por supuesto, está el XKCD obligatorio (¿Y si? Velocidad orbital) que definitivamente deberías leer.

Esperemos que no programen caminatas espaciales durante las maniobras orbitales. ¡Ups!
@gerrit Mientras los astronautas estén atados o agarrados de un asa, eso no es un problema. La aceleración debido a los reinicios es lo suficientemente pequeña como para que puedas aguantar, y los astronautas también suelen estar atados. Aún así, por razones obvias, los reinicios no están programados durante las caminatas espaciales.
La primera ley de Newton realmente no se aplica aquí porque la ISS no viaja en línea recta sino en círculos, y la fuerza de la gravedad actúa constantemente sobre ella. Sin embargo, la misma fuerza se aplica al astronauta, por lo que su trayectoria sigue siendo la misma que la de la nave espacial. Pero esto se sigue principalmente de la segunda ley de Newton y la ley de la gravedad.
@IMil respetuosamente, no estoy de acuerdo. La primera ley de Newton explica exactamente por qué el astronauta termina en (casi) la misma órbita que la ISS. Sí, claro, cómo se ve esa órbita se deriva de las otras leyes, pero aún así. Como no hay nada que actúe sobre el astronauta, termina igual.
@Polygnome, ¿qué quiere decir con "no hay nada actuando sobre el astronauta"? La ISS y el astronauta están a solo 400 km sobre la superficie de la Tierra. La fuerza de gravedad que actúa sobre ellos es aproximadamente el 90 % de la que actúa sobre ti y sobre mí, por lo que experimentan constantemente una aceleración de alrededor de 8,8 m/seg^2. Eso no es despreciable, y ISS realmente no puede llamarse un marco de referencia inercial según ningún estándar.
@IMil Estás sabiendo muy bien a lo que me refiero. Las fuerzas que actúan sobre la ISS y el astronauta son iguales, excepto diferencias muy, muy pequeñas en la gravedad y la resistencia. No hay nada más que actúe sobre el astronauta, por lo que el astronauta se comporta exactamente como la ISS a menos que se actúe sobre él. Y dado que tenemos correas y manijas, cualquier diferencia minúscula en las fuerzas durante un EVA se cancela de todos modos. Creo que mi respuesta describe muy intuitivamente por qué el astronauta no se aleja flotando o la ISS no necesita detenerse. Si no está satisfecho con él, proporcione su propia respuesta.

¡No es necesario!

Los astronautas están en órbita alrededor de la Tierra, viajando a la misma velocidad que sus naves espaciales.

Esto es cierto ya sea que estén dentro o fuera de la nave espacial.

Así, si salen al exterior, viajan junto a él sin necesidad de reducir la velocidad. Por supuesto, dado que están en órbitas circulares alrededor del centro de la Tierra, si esperan 20 minutos regresarán suavemente a la nave porque las órbitas del astronauta y la nave se cruzarán en dos lugares. (para obtener más información sobre esos 20 minutos, consulte ¿Cómo estimar qué astronauta termina más lejos de la ISS después de una órbita? )

Eso es porque cada órbita está en un plano diferente que pasa por el centro de la Tierra.

Aquí hay algunas fotos de ¿Qué es lo más lejos que ha estado un "satélite humano" de su nave espacial? y algunos videos favoritos de Space Exploration SE para ayudar a ilustrar esto

Vídeo de la NASA de McCandless: El astronauta Bruce McCandless II flota libre en el espacio , vídeo y mucho más: La NASA recuerda al astronauta Bruce McCandless II .

el astronauta Bruce McCandless II participando en una caminata espacial

arriba: "Esta foto del 7 de febrero de 1984 proporcionada por la NASA muestra al astronauta Bruce McCandless II participando en una caminata espacial a pocos metros de la cabina del transbordador espacial en órbita terrestre Challenger, utilizando una unidad de maniobra tripulada propulsada con nitrógeno". Foto: AP. desde aquí

a continuación: "El 12 de febrero de 1984, Bruce McCandless se aventuró a alejarse sin restricciones de la seguridad de su nave espacial, lo que ningún astronauta anterior había hecho. Podía hacerlo gracias a una nueva mochila propulsada por un jet". Foto: NASA. Recortado de aquí .

Bruce McCandless se aventuró sin restricciones desde la seguridad de su nave espacial

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