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Montanha determina gravidade máxima que humanos aguentam

Qual a relação entre futuras colônias em outras estrelas e um ator de Game of Thrones? Para um grupo de cientistas croatas ele é fundamental para determinar os limites do corpo humano!

02/10/2018 às 17:19

De todas as características “alienígenas” incorporadas nos filmes de Hollywood a mais difícil de simular é… gravidade. Mesmo filmes e séries que se orgulham da precisão científica, como Gravity e The Expanse entendem gravidade de forma totalmente errada, Neil DeGrasse Tyson que o diga.

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A gravidade é negligenciada na maioria das séries. Em Jornada nas Estrelas todos os planetas Classe M tinham exatamente 1 G, em Expanse é corretamente mostrado que os Belters e marcianos não conseguem sobreviver na Terra por causa da gravidade, mas quando é mostrado o dia-a-dia em Marte ou nos asteróides, tudo acontece em 1 G, as coisas não caem devagar, as pessoas não carregam coisas pesadas sem esforço.

Simular baixa gravidade convincentemente é muito, muito complicado, Kubrick só conseguiu porque o governo dos EUA estava pagando. Você pode usar vôos parabólicos no Cometa-Vômito, mas isso só dá uns 30 segundos de baixa gravidade. Uma alternativa, usada para treinar astronautas é prender o sujeito a cabos com amortecedores e pendurar em ângulo, para que o corpo pressione o chão a 1/6 de gravidade:

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Em princípio simular mais gravidade é mais simples, basta colocar pesos na roupa, mas isso não prepara o sujeito para o ambiente. Nós evoluímos para trabalhar a 1 G. Todo nosso sistema neurológico trabalha com tempos de reação para um mundo que funciona com coisas caindo a 9,8 m/s². Se as coisas caírem mais rápido ou mais devagar, teremos que nos adaptar, e isso vale até para a forma com que a gente anda.

Andar, ao menos para bípedes é basicamente cair pra frente e interromper a queda com o próximo passo. Se a gente cai mais rápido do que imagina, problemas acontecem.

Problemas aliás, não faltam. Baixa gravidade é terrível para seus ossos, astronautas precisam de 2 h de exercício por dia para manter a perda de cálcio em níveis apenas assustadores. Se bem que nem o exercício parece ajudar muito. Na MIR os russos mediram perdas de cálcio nos ossos entre 1% e 2% ao mês. Na Terra idosos com osteoporose apresentam perda entre 1% e 1,5% AO ANO.

No outro extremo temos gravidade em excesso. Não será problema por muito tempo, claro. O maior planeta habitável do sistema solar é a Terra, mas o Universo não foi criado para nossa conveniência, e há planetas de todos os tamanhos, nada impede que cheguemos em um sistema solar alienígena e o único planeta Classe M habitável tenha uma gravidade superficial de 8 G. Será que conseguiríamos sequer pousar e dar uma volta? A resposta foi descoberta com ajuda deste moço aqui:

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Ele é o Hafþór Júlíus “Thor” Björnsson, faz o Montanha em Game of Thrones e é um dos homens mais fortes do mundo. Em 2015 ele quebrou um recorde que se manteve por mais de 1.000 anos e era basicamente algo do Rol das Lendas.

Conta-se que entre os muitos feitos do guerreiro viking Orm Storolfsson houve um desafio onde ele provou de vez a sua força. Ele mandou que retirassem o mastro do Orm Storolfsson, o maior navio viking de sua época, foram precisos 50 homens para carregar a peça de 10 metros de comprimento. Colocado nos ombros de Storolfsson, ele ergueu os 650 kg e caminhou três passos, vencendo o desafio mas quebrando suas costas ao final.

Thor Björnsson foi além. Ele carregou um tronco de 650 kg (a legenda do vídeo está errada) por CINCO passos:


Infernal Productions , Norway — Hafthór Björnsson Thor new world record 2015

Uma pesquisa de Nikola Poljak, Dora Klindzic e Mateo Kruljac, três cientistas da Universidade de Zagreb, Croácia usou o Montanha como fundo de escala para identificar o máximo de gravidade que um ser humano seria capaz de suportar.

Em teoria nossos ossos são muito fortes, a tíbia de um humano de 50 kg é capaz de suportar 90 vezes a força da gravidade da Terra, mas não estamos falando de astronautas etíopes, não é só osso que importa, e mesmo ossos estão sujeitos a forças laterais que limitam o máximo que podem resistir.

Eles estudaram também a força muscular, usada para atos triviais como se levantar, um movimento deveras complexo, nós naturalmente inclinamos o corpo para gerar momento e auxiliar na impulsão vertical, isso tudo ficará bem mais difícil com alta gravidade.

Em média um humano de 50 kg consegue erguer 36 kg, atletas excepcionais conseguem erguer 4 vezes isso, esse adicional será utilizado para a locomoção, que no nosso caso depende de uma série de movimentos de pêndulo invertido.

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Quando nós andamos a maior parte da energia gasta é usada movimentando o centro de massa do corpo para cima e para baixo. 60% dessa energia é recuperada quando firmamos o pé no chão e deixamos a inércia ajudar a subir o centro de massa para o próximo passo.

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Temos então duas forças interagindo, a energia gravitacional potencial, quando o centro de massa está mais alto, e a energia cinética máxima, quando o centro de massa está mais próximo do solo. É possível extrair uma relação disso com uma equação muito simples:

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v é a velocidade do movimento, g é a constante gravitacional local, L é o comprimento membro.

F, o resultado, é chamado de Número de Froude, e a equação originalmente era usada em hidráulica para calcular velocidade de fluxo, mas funciona perfeitamente para a biologia. Ele determina que tipo de marcha um organismo vai usar em determinado momento, e isso independe do organismo. Animais distintos com o mesmo número de Froude apresentam caminhar semelhante.

Mais ainda, se o número de Froude passar de 1 se torna impossível caminhar, é preciso mudar para trote ou marcha, que são formas distintas de locomoção (tecnicamente ambulação mas não sejamos pedantes).  Animais e humanos tentem a mudar para modo corrida quando o número de Froude chega em 0,5; e isso independente da gravidade.

Experimentos simulando baixa gravidade comprovaram essa mudança, e extrapolando a equação e outras, chegaram ao resultado que o Montanha conseguiria andar em um planeta com gravidade aproximadamente 4,6 vezes a da Terra.

Usando de mais um pouco de ciência (e bom senso) concluíram que o limite máximo para astronautas normais (e não um monstro escandinavo de 2 m de altura e 180 kg) é de 4 G, o que não é nada confortável mas é aceitável em missões de curta duração.

Agora mais uma esperancinha: pesquisando os exoplanetas já descobertos e ignorando os com gravidade acima de 5 G, pois em geral são gigantes gasosos, a distribuição entre planetas e gravidade superficial é bem vantajosa pro nosso lado, de frágeis unidades de carbono:

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O número de planetas com gravidade entre 0,5 e 2 G é bem significativo, talvez não sejamos obrigados a mandar um exército de clones do Arnold para o espaço, mas é sempre bom saber que se for preciso podemos passear em lugares de gravidade mais forte, perceber que foi uma idéia idiota e deixar que esses planetas sejam explorados só por robôs.

Fontes:

O paper, uai. Effects of exoplanetary gravity on human locomotor ability — Nikola Poljak, Dora Klindzic e Mateo Kruljac

 

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