Estación Orbital Espacial

Hay un error muy común sobre la estación espacial y es el siguiente:

Como la estación esta a mucha altura la gravedad apenas se nota y esa es la razón de que los astronautas se sientan ingrávidos.

Esto ya hemos explicamos que no es cierto: concretamente en la estación espacial orbital ( 390 Km de altura ) hay una gravedad del 10% menos que en el suelo, por tanto hay bastante gravedad.

La razón de ingravidez es que todos los objetos se mueven con la misma aceleración.

Pero este no es el contenido de mi artículo. Quiero comprobar si un efecto que nos dice la tercera ley de kepler es observado en la estación espacial.

Según la tercera ley de Kepler:

T²/R³ = constante

con T el periodo orbital

R el radio de la órbita

de esta ley se deduce que si aumentamos el radio de la órbita el periodo también debe de aumentar pero en mayor proporción ya que solo está elevado al cuadrado.

Por lo tanto si situamos dos objetos en la nave espacial uno en el suelo (más cercano a la Tierra) y otro en el techo (más alejado de la Tierra) los periodos no serian iguales y el objeto del techo, teóricamente con un periodo mayor debe ir desplazándose respecto del otro.

Calcularemos si en la órbita de la nave este efecto es apreciable.

Usaremos los siguientes datos:

Radio ecuatorial de la Tierra:    6378100 m

Radio de la órbita:                      400000 m

Masa de la Tierra:                     5,9736 x 10²⁴

G :                                               6,67384 x 10^-11 Nm²/kg²

Tendremos en consideración la fórmula para la fuerza gravitatoria y usaremos el hecho de que la órbita es circular (se puede hacer para órbitas elípticas pero los cálculos son bastantes más complejos y no se gana nada en la comprobación).

F_g=G (M_Tm)/r²

F_c =mV²/r

Igualando la fuerza gravitatoria a la centrípeta tenemos:

GM_T/r²=v²/r è GM_T/r²= ω ²r è  GM_T/r³= ω ²

El espacio recorrido en un tiempo t es:

s = ω r t

Por lo tanto podemos hacer nuestros cálculos para un objeto en el suelo de la nave a 36 Km de altura y otro objeto en el techo en la vertical del anterior, distantes 2 metros uno del otro.

Calcularemos ω₁, ω₂ y después s₁ y s₂ y la diferencia será el desplazamiento relativo.

Tomaremos como t = 15 minutos.

ω₁ = 0,001229142893595 rad/s

ω₂ = 0,001229142318701 rad/s

de donde el  desfase

s₁ - s₂ = 1,106228343 m

El objeto del techo a retrocedido más de un metro respecto al objeto situado en el suelo.
Este hecho debe hacer que la estación orbital gire sobre su centro de gravedad a no ser que use sus motores para compensarlo.

Inodoro y Metano

El conocimiento en química es muy importante, te dirá cualquier químico, pero la mayoría de los mortales no le encontrara utilidad a conocimientos simples de química.
Un conocimiento práctico de química, no muy común, para la vida cotidiana es:

La flatulencia tiene un olor muy desagradable. Los principales constituyentes de la flatulencia son gases inodoros, que son, en orden de cantidad:

• Nitrógeno (ingerido, 20% - 90%).
• Hidrógeno (producido por unos microbios y consumido por otros, 0% - 50%).
• Dióxido de carbono (producido por microbios aerobios o ingerido, 10% - 30%).
• Metano (producido por microbios anaerobios, 0% - 10%).
• Oxígeno (ingerido, 0% - 10%).

El intenso mal olor proviene de trazas de otros constituyentes producidos por la ruptura de proteínas:

• Ácido butírico (olor a mantequilla rancia).
• Sulfuro de hidrógeno (olor a huevos podridos).

El  Sulfuro de hidrógeno es un gas, más pesado que el aire, inflamable, incoloro, tóxico, y odorífero: su olor es el de materia orgánica en descomposición, como de huevos podridos. A pesar de ello, en el organismo humano desempeña funciones esenciales.

El sulfuro de hidrógeno huele a huevos podridos

De toda es información: Deducimos  que las flatulencias tiene dos compuestos inflamables: Metano (inodoro) y sulfuro de Hidrógeno que le da el olor característico.
Que estos gases sean inflamables no es nuevo. Conocemos muchas páginas web y videos graciosos en las que se explica o se ve a las flatulencias ardiendo. Dejando estas “fricadas”, la pregunta es:  ¿para que pueda servirme este conocimiento?.

El metano y el sulfuro de hidrógeno son inflamables

Veamos un caso cotidiano que a muchos nos ha podido ocurrir:
Estamos de visita en casa de un amigo, amiga, novio o novia y por cosas de la vida nos da un "apretón" y no podemos esperar y  disculpándonos vamos al servicio.
Nos alegramos del gran invento llamado inodoro que después de tirar de la cisterna, por medio de un inteligente sistema llamado sifón, no deja que los olores de los "excrementos" suban por las tuberías, ya que se encuentran con una pared de agua. Sin embargo tenemos el problema que algunos gases  no se fueron por el inodoro y permanecen. ¿Como hacemos para que desaparezcan rápidamente?.

El sifón esta en el interior del inodoro y es el responsable de que los olores de la alcantarilla no lleguen al exterior usando una barrera de agua.

Pues usamos el hecho de que los gases que dan el mal olor son inflamables y con un mechero encendido lo pasamos por la zona "contaminada" para que ardan los gases y desaparezca sensiblemente el olor. Posteriormente podemos salir del servicio sin el miedo de que entre un segundo usuario y descubra nuestro "secreto".

El mechero quemara el metano y el sulfuro de hidrógeno

Fotografía II

Unidades

Vamos a comentar qué unidades se utilizan para medir la apertura del diafragma, el tiempo de exposición y la sensibilidad de la película:

Apertura

Apertura se mide con el "número f".
Una explicación más detallada puedes encontrarla en http://www.dzoom.org.es/noticia-1480.html.

Una  tabla de apertura podría ser:

Figura parecida a la del anterior post.

La razón de que los números f no sean lineales es que se refieren al área de luz que dejan pasar y, por tanto, varían como la raíz cuadrada de 2.

En la siguiente tabla se muestran los números f desde una apertura máxima a una mínima en pasos en los que la superficie de apertura se reduce a la mitad y, por tanto, también se reduce a la mitad la cantidad de luz que pasa por el diafragma.

f/1.00000	Máxima
f/1.41421	Mitad luminosidad que el anterior
f/2.00000	Mitad luminosidad que el anterior
f/2.82842	Mitad luminosidad que el anterior
f/4.00000	Mitad luminosidad que el anterior
f/5.65685	Mitad luminosidad que el anterior
f/8.00000	Mitad luminosidad que el anterior
f/11.31370	Mitad luminosidad que el anterior
f/16.00000	Mitad luminosidad que el anterior
f/22.62741	Mitad luminosidad que el anterior
f/32.00000	Mínima

Obturador

El tiempo de exposición se mide en segundos o fracciones de segundo. Si decimos exposición 8’’  queremos decir 8 segundos de exposición y si decimos 500 queremos decir que el obturador dejará pasar la luz durante un tiempo de 1/500 segundos.

Una tabla típica puede ser la siguiente:

Valor	Tiempo de exposición
B	mientras se mantiene pulsado el disparador
8’’	8 s
4’’	4 s
2’’	2 s
1’’	1 s
2	½ s
4	¼ s
8	1/8 s
15	1/15 s
30	1/30 s
60	1/60 s
125	1/125 s
500	1/500 s
1000	1/1000 s

Vemos en la tabla que he puesto exposiciones en las que la duración de la exposición se reduce a la mitad y por tanto también se reduce a la mitad la cantidad de luz que llega al sensor.
Podemos  reducir a la mitad la apertura del diafragma y aumentar en el doble el tiempo de exposición y la luz que llega al sensor será la misma.

Sensibilidad

La sensibilidad de una película se mide mediante la norma ISO

Va desde 100 (en las analógicas podía empezar en 25, pero no así en la digitales) y va subiendo geométricamente es decir 200, 400, 800, 1600 y 3200 (que suele ser la máxima sensibilidad).

Si partimos de una película de 100 ISO una de 200 ISO tendrá justamente el doble de sensibilidad, lo que quiere decir que necesita solo la mitad de luz para obtener la imagen. Vemos pues que podemos disminuir la exposición a la mitad, y si subimos la sensibilidad del película al doble tendremos la fotografía (teóricamente)  igualmente expuesta.

Tenemos pues tres valores para regular la luz que recibe el sensor. Cada una de ellas tiene unas características como ya vimos en el post anterior. Debemos jugar con ellas para encontrar la que mejor se adapte al tipo de fotografía que queremos hacer.

Fotografía

La fotografía consiste en recoger una imagen instantánea de un suceso real. Para ello es necesaria la utilización de una cámara fotográfica.
Cámaras fotográficas existen de dos tipos: Analógica y digital. La diferencia entre estas dos tipos de máquinas reside fundamentalmente en el sensor que capta la luz. En las analógicas el sensor es una película fotosensible y en las digitales es un sensor electrónico que es sensible a la luz.

Para poder  tomar fotografías con conocimiento es necesario conocer como es el proceso por el que una imagen pasa al sensor.
El desconocimiento de estos datos nos lleva a arriesgarnos a que un pequeño chip de la cámara decida por nosotros, es decir, pondremos la cámara en automático. Esto tiene dos defectos: el primero es que el automatismo aun no es capaz de compararse al cerebro humano y segundo que dejamos la elección del tipo de fotografía a un programa automático perdiendo la posibilidad de personalizar la fotografía.

Si no vemos inconvenientes a los defectos anteriores, no es necesario seguir leyendo.

Los sistemas ópticos no son perfectos y tienen fallos. El fallo más llamativo es que solo pueden crear una imagen virtual nítida a una distancia concreta del sistema óptico, todo lo demás no se reproducirá nítidamente. Sin embargo en un entorno de ese distancia la imagen virtual es prácticamente nítida. A ese entorno en el que el sistema consigue una imagen virtual nítida se le llama profundidad de campo.

Otro error de los sistemas ópticos es que cuanto mayor sea el diámetro de las lentes que lo componen, mayor serán las distorsiones producidas en la imagen virtual y menor será la profundidad de campo. De esto se deduce que un sistema óptico de poco diámetro realizará imágenes más realistas y con mayor profundidad de campo. ¿Porque entonces en las cámaras más caras y  teóricamente mejores los objetivos tienen mayor diámetro?

La respuesta reside en que cuanto menor sea el diámetro del sistema óptico menos luz pasará a su través y más difícil será detectarla con el sensor o película.

ENFOQUE

Los objetivos, que a partir de este momento es el nombre que pondremos a los sistemas ópticos, son capaces de variar las distancias de sus lentes internas para conseguir que la distancia de “enfoque” varíe y poder crear imágenes nítidas a diversas distancias. Por lo que podremos usar un solo objetivo para enfocar todas las distancias (hay siempre una distancia mínima de enfoque, a menor distancia no será posible el enfoque) simplemente variando las distancias de las lentes. Esto se consigue simplemente girando un dispositivo del objetivo.

DIAFRAGMA

Los objetivos tienen un diámetro efectivo por el que pasa la luz, que depende del diámetro de sus lentes. Cuanto más pequeño es ese diámetro más realista y con mayor profundidad de campo obtendremos la imagen virtual.
Para poder conseguir que un mismo objetivo varíe ese diámetro efectivo, se usa el diafragma que lo que hace es reducir el diámetro efectivo mediante una máscara que se va reduciendo, como vemos en la figura.

Esta forma de regular la luz tiene el inconveniente de que cuanto menor sea el diafragma, mayor es la profundidad de campo pero menor es la cantidad de luz que llega al sensor.

EXPOSICIÓN/OBTURADOR

Además del diafragma que consigue que llegue más o menos luz al sensor (electrónico o película), hay otra forma de variar la cantidad de luz. Mediante el llamado obturador que  varia el tiempo que el sensor esta recibiendo luz, a este tiempo se le llama exposición. Esto tiene un problema: cuanto más tiempo dejemos que el sensor reciba luz, más probable es que la imagen real haya variado, porque la imagen se haya movido o porque la cámara se haya movido en la mano del fotógrafo, y esto puede no tener importancia si fotografiamos con la cámara sujeta en un trípode y lo que fotografiamos es un objeto inmóvil pero en general es un problema si el tiempo de exposición es demasiado grande.

Vemos que tenemos dos maneras de regular la cantidad de luz aquí llega al sensor pero las dos tienen inconvenientes.

El obturador en las cámaras analógicas se conseguía mediante una cortinilla que se descorría solo el tiempo necesario.

En las digitales lo que controlamos es el tiempo en que los sensores digitales están activos para recibir luz.

SENSIBILIDAD DEL SENSOR

Esta es  la capacidad del detector de sentir más o menos luz.

En las películas de las cámaras analógicas esto se conseguía poniendo en la película partículas fotosensibles más grandes, por lo que el número de partículas fotosensibles de la película disminuía.

En las cámaras digitales el número de puntos sensibles se llaman pixeles y son fijos para cada cámara. y cuantos más mejor. La sensibilidad es por tanto fija pero podemos ampliar la señal recibida por estos pixeles con un consiguiente pérdida de nitidez, por lo que es parecido a lo que pasaba en la fotografía analógica (aunque hay diferencias que  ahora no voy a comentar).