Essa é a diferença entre Vôo e em órbita. Em órbita, você está realmente caindo em direção à Terra, mas a nave espacial também está, e você está indo rápido o suficiente para continuar perdendo a Terra.

Em uma aeronave, porque fica no ar devido ao elevador, é não caindo. É por isso que você experimenta a força da gravidade em um avião.

Algumas aeronaves são projetadas para sentir falta de peso, consulte Cometa de vômito.

Why do we feel gravity on a plane?

Exatamente pelas razões pelas quais sentimos gravidade ao viajar de trem:

• Não estamos em queda livre (o piso da cabine impede que isso aconteça).
• Não estamos na velocidade orbital que é de cerca de 28,460 km / h.
• Não estamos fazendo curvas muito estreitas que podem criar uma queda livre (mas apenas por alguns segundos).

Gravidade e peso

Tudo é pesado em toda parte no cosmos, logo que esteja sujeito a alguma aceleração (por exemplo, aceleração da gravidade, mas não se limitando a ele) e tenta se opor a essa aceleração.

Portanto, existem apenas dois meios para escapar dos efeitos da aceleração da gravidade:

• Remova a gravidade com outra aceleração exatamente oposta. Esta é "a via satélite". A própria velocidade do satélite e sua trajetória circular criam (como vista a partir do satélite) uma aceleração centrífuga exatamente oposta à aceleração da gravidade. Os efeitos de ambas as acelerações desaparecem.

• Remova tudo o que impede a gravidade de agir completamente, este é "o caminho da queda livre". A gravidade quer que caiamos, então apenas removemos tudo que nos impede de cair, começando pelo chão e / ou pelo chão. Quando saltamos de alguma altura, ficamos em microgravidade por um curto período de tempo e depois no hospital se subestimamos o tempo. É também o que algumas aeronaves fazem para os 30s treinarem astronautas ("Voo 0GEnquanto a gravidade ainda existe, seus efeitos são cancelados acelerando com o "fluxo de gravidade".

Nos dois casos, a aeronave e o satélite experimentam "microgravidade" (o que significa uma gravidade residual da ordem de alguns $ \ small \ mu g $). Qualquer massa sujeita a microgravidade é (quase) leve.

^{Para os físicos aqui, existe realmente um caso único, pois um satélite em órbita também está em queda livre e não há força centrífuga, desde que selecione o quadro de referência apropriado para o observador (um quadro inercial). Se quiséssemos ser ainda mais rigorosos, Einstein também intuiu que a gravidade é na verdade fictícia (se assim posso dizer), uma ideia que o levou à descoberta do relatividade geral e a curvatura espaço-tempo}

Velocidade constante vs velocidade constante

How come a plane flying at constant velocity experiences gravity?

A microgravidade nunca acontece em uma trajetória em constante velocidade.

A razão é porque constante velocidade é constante velocidade e também constante direção:

• Velocidade constante significa que não estamos em queda livre, senão aceleraríamos em direção à Terra.

• Direção constante significa que também não estamos criando aceleração centrífuga, porque requer mudança de direção.

Quando os satélites estão em órbita circular, eles são não em constante velocidade, eles estão em constante velocidade.

Após sua órbita, a direção de seu deslocamento é constantemente ajustada, portanto velocidade varia constantemente, o que lhes permite criar um aceleração centrífuga exatamente oposto à gravidade.

Podemos criar microgravidade em um avião (ou em um trem) se movendo horizontalmente?

Horizontal não significa "em linha reta". Significa em ângulo reto a partir da direção da gravidade (a vertical local), portanto, ao mover horizontalmente em grandes distâncias, estamos seguindo a curvatura da Terra.

Se o avião / trem seguir a curvatura da Terra (daí mudar de direção constantemente), poderíamos teoricamente alcançar microgravidade, mas na condição de viajar muito rápido, um pouco mais rápido que o ISS (27,560 km / h no momento), cerca de 28,460 km / h. Nesse caso, estamos em órbita na altitude zero (a trajetória orbital não depende da altitude).

Isso não é possível na prática, seria necessária uma quantidade enorme de energia e tudo derreteria devido ao atrito.

Microgravidade em um avião que faz uma curva específica

Mas como explicado em Pode-se voar de cabeça para baixo enquanto um copo de água fica cheio devido às forças g?, podemos criar microgravidade seguindo uma trajetória específica. Nesse caso, a velocidade que estamos perdendo é substituída por constantes mudanças de direção ao longo da curva. Isso dá bons vídeos, como o engraçado cachorro sem peso com os dois caras imperturbáveis:

^fonte

Para resumir

A ausência de peso é a conseqüência de estar sujeito à microgravidade que pode ser obtida:

• Em velocidade constante, precisamos seguir uma curva que cria uma aceleração exatamente oposta à gravidade. Isso requer mover-se a uma velocidade grande e específica (velocidade orbital) ou fazer curvas relativamente apertadas em velocidade limitada.

• Em queda livre, devemos seguir a trajetória descendente e a aceleração permanente ditada pela gravidade, o que significa, por exemplo, 35 segundos e 6 km abaixo, já estamos nos movendo hipersônicos! Não é tão confortável, e isso é apenas nos primeiros segundos do 35!

Para microgravidade viável e durável em baixa altitude, as duas técnicas devem ser combinadas.

Si Nunca realmente "sentir a gravidade"^?, não em órbita, nem em avião nem em solo sólido.

O que você sente no chão é a terra empurrando contra seus pés, com uma força que cancela exatamente a aceleração gravitacional. Assim que você Pare essa força, por exemplo, cortando as cordas em um elevador, a aceleração gravitacional mudaria muito rapidamente sua velocidade, para baixo, o que, obviamente, inevitavelmente o levará de volta ao chão (onde reafirmará dolorosamente sua força ascendente ...) em situações como um elevador. Estamos completamente acostumados a essa força ascendente como o estado normal, tanto que nem percebemos isso como uma força e, em vez disso, falamos sobre a "força gravitacional descendente", mas fisicamente essa não é realmente a força que está lá.

Em um avião, a situação é a mesma: a força que você sente é a força do ar que flui pelas asas, empurrando todo o avião para cima. Sem essa força, o avião rapidamente para de viajar em velocidade constante e viaja cada vez mais rápido em direção ao solo.

Agora, para uma cápsula espacial em órbita, isso também acontece: aqui, não há força contrária à aceleração gravitacional, portanto ocorre em queda livre. Mas porque tem uma velocidade horizontal incrivelmente rápida, não há tempo suficiente para que caia no chão - ela "sente falta da Terra" e, assim, continua sua órbita.

^?_{O único lugar onde você pode sentir a gravidade em si é perto de um buraco negro, onde seu corpo seria esticado pelas forças da maré ... mas isso nunca acontece em homogêneo campo gravitacional e qualquer campo suficientemente grande / distante é aproximadamente homogêneo.}

Nós somos, a velocidade não é suficiente para que isso seja facilmente observável. Na verdade, somos um pouco mais leves enquanto estamos em um avião, porque também está circulando a Terra, como faz uma espaçonave, mas mesmo para o SR-71 em alta velocidade (assumindo 3540 km / h = 983 m / s), o efeito é pequeno demais para ser sensível:

$$ g = \ frac {V ^ 2} {R} = \ frac {(983 \ frac {m} {s ^ 2}) ^ 2} {6400000 \ m} = 0.15 \ frac {m} {s ^ 2 } = 0.015 \ g $$

(g está próximo de 9.8 na Terra). Ainda não é realmente menor, mas duvido que a aceleração 0.015 g seja muito observável. Para o Boeing 747 (assumindo o 988 km / h), este é apenas o 0.0011 g.

Você não sente gravidade, mas o chão (assento etc.) empurrando contra você. Você nunca sente a gravidade em si, sente forças no seu corpo que neutralizam a força da gravidade. No avião voador, essas forças vêm do levantamento das asas, mas na órbita não existe essa força contrária; portanto, você se sente sem peso, apesar da gravidade estar lá.

Toda a sensação de peso chega ao seu cérebro a partir de vários sensores de tensão ou deformação nos tecidos. Portanto, para sentir o peso, é preciso que haja uma força deformando seu corpo. O campo de gravidade homogêneo (a gravidade ao redor da Terra é homogênea o suficiente para esses propósitos) exerce exatamente a mesma força em cada ponto do corpo, causando, portanto, nenhuma deformação.

Por outro lado, o chão, o assento etc. apoiam seu corpo apenas localmente e a força precisa ser "distribuída" pelo corpo, o que causa tensão nos tecidos e "sensação de peso".

Um avião voando não voa rápido o suficiente para ficar sem peso. Uma pessoa dentro de uma aeronave que voa a uma altitude constante fica sem peso se a força centrífuga $ ^ 1 $ F $ _C $ = $ (m \ frac {V ^ 2} {R}) $ de seguir a curvatura da terra for igual à força de gravidade ($ m \ cdot g $).

$$ m \ cdot \ frac {V ^ 2} {R} = m \ cdot g \ Rightarrow V = \ sqrt {R \ cdot g} $$

Com g = 9.81 m / s $ ^ 2 $ e R = 6,400 km, mesmo em altitude de cruzeiro, obtemos V = $ \ sqrt {9.81 \ cdot 6.4 \ cdot 10 ^ 6} $ = 80,000 m / s. A essa velocidade 10 km acima da superfície da Terra, você ficará sem peso

$ ^ 1 $ facilita a compreensão dos gráficos.

Considere os vôos "vômito cometa", onde eles intencionalmente voam pelo mesmo caminho que uma bola de boliche "voaria" se a gravidade o levasse. Se você simplesmente continuasse essa trajetória de voo, iria SPLAT.

Asas são uma forma engraçada, especificamente para criar elevador. Isso é para que eles possam criar uma rota de vôo diferente daquele.

A "gravidade" que você sente no avião são as asas fazendo a coisa deles. As próprias asas foram ajustadas para neutralizar exatamente a gravidade, de modo que a força parece a mesma que a gravidade. O motivo para combater exatamente a gravidade é permanecer na mesma altitude, o que o ATC lhes atribuiu para que não atinjam outras aeronaves ...

... Ou (isso é um pouco mais complicado) permanecem em uma taxa constante de subida / descida para conforto e simplicidade do passageiro. Se você estiver se movendo a uma velocidade constante, a aceleração é zero e a gravidade é um efeito de aceleração.

A resposta a esta pergunta não poderia ser mais simples.

Em uma determinada altitude, você precisa seguir uma certa velocidade para obter a "leveza".

Ao nível do mar, essa velocidade é 28,500 mph.

Nos pés 30,000, essa velocidade é 28,400 mph.

Em um avião, você não está indo rápido o suficiente.

Isso é tudo que existe para ela.

Você não está indo rápido o suficiente.

(Observe que exatamente o mesmo poderia ser dito de um trem ou carro. Se você estivesse viajando com o 28,500 mph em um TGV, obteria o efeito "sem peso". Você flutuaria, etc., dentro do TGV exatamente como os astronautas flutuam dentro uma estação espacial.)

Use esta calculadora para saber a velocidade necessária para diferentes altitudes:

http://www.calctool.org/CALC/phys/astronomy/earth_orbit

XKCD cobriu isso em detalhes. Enquanto as outras respostas abrangem todos os ângulos da física, o XKCD faz um ótimo trabalho em reduzir a ciência a um nível fácil de entender (ênfase minha)

Gravity in low Earth orbit is almost as strong as gravity on the surface. The Space Station hasn't escaped Earth's gravity at all; it's experiencing about 90% the pull that we feel on the surface.

To avoid falling back into the atmosphere, you have to go sideways really, really fast.

The speed you need to stay in orbit is about 8 kilometers per second. Only a fraction of a rocket's energy is used to lift up out of the atmosphere; the vast majority of it is used to gain orbital (sideways) speed.

This leads us to the central problem of getting into orbit: Reaching orbital speed takes much more fuel than reaching orbital height. Getting a ship up to 8 km/s takes a lot of booster rockets. Reaching orbital speed is hard enough; reaching to orbital speed while carrying enough fuel to slow back down would be completely impractical.

A aeronave mais rápida de todos os tempos, o X15, não conseguiu ficar em órbita porque viajou apenas a cerca de 2km / s, ou 25% da velocidade necessária.

Bola de Canhão de Newton.

https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_cannonball

Em um avião, você é a bala de canhão marcada como "A", e a única coisa que o impede de cair direto no chão é o elevador gerado pelas asas.