¿Por qué los astronautas en órbita no se quedan pegados al "techo"?

Por definición, una órbita se produce cuando la gravedad se equilibra con la fuerza "centrífuga". Es esencialmente una situación de caída libre .

Así que la respuesta es la misma razón por la que no te quedas atascado en el techo de un ascensor en caída libre. Tanto la nave espacial como los ocupantes se mueven sincronizados .

En realidad, el astronauta solo flotaría completamente libre en medio de la estación espacial. En otros lugares, se adherirá ligeramente a cualquier lado que esté más cerca de la Tierra que el medio, o más lejos de la Tierra que el medio. La razón es la fuerza de marea de la Tierra, que será muy pequeña pero probablemente detectable. Si la aceleración de la gravedad es$g = GM/r^2$, entonces la aceleración de la marea será la derivada de esta, a saber$dg/dr = -2GM/r^3$. por lo que la aceleración máxima de la marea que sentirá el astronauta, a distancia$D/2$desde el centro de la estación espacial, donde$D$es el tamaño lineal de la estación espacial, será$GMD/r^3$. Esto es básicamente igual a$gD/r$. Poniendo algunos números típicos, un astronauta de 100 kg de peso en una estación espacial de tamaño$D = 10 m$, y$r = 6500 km$, obtenemos una fuerza de marea máxima de aproximadamente$150$miligramos de peso!

Por supuesto, la situación sería completamente diferente en la órbita alrededor de una estrella de neutrones, donde un astronauta flotaría libre en el centro de una estación espacial (muy fuerte), pero sería aplastado hasta quedar irreconocible si se aventurara a alejarse del centro, como ha sucedido. sido señalado en varias historias de ciencia ficción. La razón es que$M/r^3$sería sobre$10^{14}$veces mayor que para una órbita alrededor de la Tierra.

El transbordador (o la ISS para un mejor ejemplo ya que el transbordador ya no vuela) no gira a gran velocidad... gira aproximadamente una vez cada 90 minutos, una vez en cada órbita. Esto tiene un efecto, pero uno muy pequeño.

Su movimiento alrededor de la Tierra no produce tal efecto porque, como habrás adivinado, él y todo lo que contiene están en caída libre alrededor de la Tierra y se ven afectados casi por igual por la gravedad de la Tierra (las diferencias muy pequeñas debido a las diferentes distancias de la Tierra producen fuerzas de marea).