Proč jsou ve stavu beztíže?

Řešení úlohy

„Protože pořád padají.“

Rozšířeným omylem je představa, že astronauti na oběžné dráze jsou ve stavu beztíže proto, že jsou tak vysoko nad Zemí, že už tam téměř nepůsobí gravitace. Ve skutečnosti je tomu jinak. Například ve výšce, ve které obíhá Mezinárodní vesmírná stanice ISS, je gravitační působení Země stále asi 90 % toho, co u jejího povrchu.

Astronauti přitom nejsou ani zdaleka tak vysoko, jak by se mohlo zdát. Podívejme se na obrázek.

Stav beztíže a kam padají

Řekli jsme, že astronauti pořád padají. Jak ale mohou padat a přitom na Zemi nespadnout? Nejdříve si řekněme, co vlastně stav beztíže znamená.

Tíha je síla, kterou těleso působí na podložku nebo závěs. Gravitační síla přitom může na těleso působit, i když je jeho tíha nulová.

Například osobní váha ve skutečnosti reaguje na sílu, kterou na ni tlačíme, a z ní za běžných podmínek určuje naši hmotnost.

Když vyskočíme, jsme po dobu letu krátce ve volném pádu. Nemáme pod sebou podložku, na kterou bychom tlačili, a proto jsme na okamžik ve stavu beztíže (zanedbáme-li odpor vzduchu).

Totéž se děje i na oběžné dráze. Astronauti i kosmická loď jsou společně ve volném pádu kolem Země. Astronaut tedy nepadá na podlahu lodi, protože podlaha padá spolu s ním. Proto na ni netlačí a je ve stavu beztíže.

Proč ale kosmická loď nespadne na Zemi? Protože se zároveň pohybuje velkou rychlostí podél jejího povrchu. Gravitační síla její dráhu neustále zakřivuje směrem k Zemi, ale zakřivený zemský povrch jí při tom stále „uhýbá“. Loď tedy stále padá k Zemi, ale stále ji míjí – obíhá kolem ní.

Kdyby gravitační síla náhle přestala působit, loď by už svou dráhu nezakřivovala a pokračovala by díky setrvačnosti přibližně přímo ve směru tečny k oběžné dráze. Právě gravitace ji tedy na oběžné dráze udržuje.