Gravidade é a atração que existe entre todas as coisas que têm massa. A Terra puxa você, você puxa a Terra, a Lua puxa os oceanos, o Sol segura os planetas. É a força mais fraca da natureza, tão fraca que a atração entre duas pessoas é impossível de sentir, mas é a única que se acumula sem limite: junte massa suficiente e ela forma planetas, acende estrelas e segura galáxias inteiras. E vem com dois fatos que parecem errados e estão certos: a Lua não cai na Terra porque está caindo o tempo todo, e os astronautas não flutuam por falta de gravidade, e sim por excesso de queda. Este artigo explica os dois sem nenhuma fórmula.
Tudo puxa tudo
Newton percebeu, em 1687, que a mesma coisa que faz uma maçã cair faz a Lua girar em volta da Terra. A regra que ele escreveu diz duas coisas simples. Quanto mais massa, mais forte a atração: a Terra puxa mais que a Lua, e o Sol puxa mais que a Terra. E quanto mais longe, mais fraca: dobrando a distância, a força cai para um quarto.
O que surpreende é que vale para tudo. Você atrai o celular na sua mão, e ele atrai você. A força é ridícula, porque as massas são pequenas: a atração entre duas pessoas a um metro de distância é um bilhão de vezes menor que o peso de um grão de arroz. A gravidade só fica perceptível quando um dos lados é um planeta.
O peso que você sente é isso: a Terra, com 6 mil trilhões de trilhões de quilos, puxando o seu corpo para o centro dela. Se você pesa 70 kg, está sendo puxado com uma força de 70 kg. E, pela regra de que tudo puxa tudo, você puxa a Terra com os mesmos 70 kg de força; ela não se mexe porque é grande demais para notar.
Massa não é peso
Aqui vale desfazer uma confusão que atrapalha tudo o que vem depois. Massa é a quantidade de matéria que você tem; é a mesma em qualquer lugar do universo. Peso é a força com que a gravidade local puxa essa massa; muda de lugar para lugar.
| Onde | Quanto pesaria uma pessoa de 70 kg | Por quê |
|---|---|---|
| Terra | 70 kg | Referência |
| Lua | 12 kg | Um sexto: a Lua tem 81 vezes menos massa e é menor |
| Marte | 26 kg | Pouco mais de um terço |
| Júpiter (topo das nuvens) | 177 kg | Duas vezes e meia; ninguém ficaria em pé |
| Sol (na superfície) | 1.960 kg | 28 vezes; o corpo seria esmagado |
| Estação Espacial | cerca de 63 kg | 90% do peso na Terra. Sim: lá tem gravidade |
A última linha é a chave para entender os astronautas, e vamos a ela.
Por que os astronautas flutuam (não é falta de gravidade)
A Estação Espacial fica a 400 km de altura. É pouco: se a Terra fosse uma bola de futebol, a Estação estaria a 7 milímetros da casca. Nessa altura, a gravidade é 90% da que você sente na cadeira. Se a Estação parasse no ar, cairia no chão como uma pedra.
Ela não cai porque está andando de lado a 28 mil km/h. Newton explicou isso com um canhão imaginário no alto de uma montanha. Atire uma bala devagar e ela cai a alguns metros. Atire mais forte e ela cai mais longe. Atire forte o bastante e a bala cai, mas a Terra é redonda e a superfície "foge" por baixo dela na mesma medida em que ela cai. A bala fica caindo para sempre sem chegar ao chão. Isso é uma órbita.
Os astronautas, então, estão em queda livre: caindo o tempo todo, junto com a Estação, e nunca chegando ao chão. E, quando você cai junto com o que está em volta, nada te empurra: o chão não sobe para apoiar os seus pés, a balança marcaria zero. É a mesma sensação de um elevador que despenca, ou daquele meio segundo no alto de uma montanha-russa. Só que dura seis meses. O termo certo não é "gravidade zero", é ausência de peso, ou microgravidade: a gravidade está lá, puxando a Estação e todo mundo dentro dela igualmente, e por isso ninguém sente.
A NASA treina isso em aviões que sobem e mergulham em arcos: por 25 segundos, todo mundo dentro flutua. O que a queda prolongada faz com o corpo, dos ossos ao cérebro, está em Os recordes de permanência no espaço (e o que o corpo sofre).
Por que a Lua não cai na Terra
Pelo mesmo motivo. A Lua está caindo em direção à Terra neste instante, puxada pela gravidade. Mas ela também se move de lado, a 3.700 km/h, e a combinação das duas coisas é uma curva fechada em volta do planeta. Se a gravidade sumisse, a Lua sairia em linha reta e nunca mais voltaria. Se o movimento de lado parasse, ela cairia em cima de nós em cerca de cinco dias. A órbita é o equilíbrio exato entre cair e escapar.
Tudo no céu funciona assim: a Terra "cai" em volta do Sol, o Sol "cai" em volta do centro da Via Láctea, os satélites de GPS "caem" em volta da Terra 20 mil km acima da sua cabeça. Nenhum chega ao chão porque todos estão andando de lado rápido o bastante. Para sair de vez da Terra, uma nave precisa de 40 mil km/h; abaixo disso, ela volta.
Isso responde, aliás, a por que não sentimos a Terra girar nem andar em volta do Sol: estamos caindo junto com ela, no mesmo movimento, como explica Por que não sentimos a Terra girar?.
Einstein: gravidade não é bem uma força
Newton explicou como a gravidade age, mas não o que ela é. Em 1915, Einstein deu a resposta que a física usa até hoje: massa entorta o espaço e o tempo ao redor, e os objetos apenas seguem o caminho mais reto possível num espaço torto.
A imagem clássica é uma cama elástica com uma bola de boliche no meio: a lona afunda, e uma bola de gude jogada de lado gira em volta do afundamento, sem que nada a "puxe". A Terra faz um afundamento no espaço, e a Lua rola nele. A analogia é imperfeita (a lona é plana e o espaço é em três dimensões, mais o tempo), mas captura a ideia: gravidade é geometria.
Parece filosofia, mas tem efeitos medidos todos os dias. Perto de uma massa grande, o tempo passa mais devagar; os relógios dos satélites de GPS, mais longe da Terra, adiantam 38 milionésimos de segundo por dia em relação aos do chão, e se isso não fosse corrigido o GPS erraria 10 km por dia, como mostra Como o GPS sabe onde você está (satélites explicados). A luz entorta ao passar perto do Sol, medido em 1919 num eclipse observado em Sobral, no Ceará, a observação que tornou Einstein famoso. E, em 2015, detectores captaram ondas no próprio espaço, produzidas pela colisão de dois buracos negros a mais de um bilhão de anos-luz. O extremo disso tudo está em O que acontece se você cair em um buraco negro? 5 coisas bizarras.
Uma pena e um martelo caem juntos
Galileu afirmou, há 400 anos, que sem o ar todos os objetos caem com a mesma velocidade, não importa o peso. Uma pena cai devagar só porque o ar a segura. Em 1971, o astronauta David Scott, da Apollo 15, fez o teste na Lua, onde não há ar: soltou uma pena de falcão e um martelo ao mesmo tempo, diante da câmera, e os dois tocaram o chão no mesmo instante. "Galileu tinha razão", ele disse.
Isso parece detalhe, mas é o coração da física da gravidade: ela puxa tudo com a mesma aceleração, e por isso um astronauta e a Estação inteira caem juntos, sem que um se aproxime do outro. É o que Einstein chamou de "a ideia mais feliz da minha vida". Aqui na Terra, essa aceleração é de 9,8 metros por segundo a cada segundo: um objeto solto está a 35 km/h depois de um segundo e a 70 km/h depois de dois, se o ar não atrapalhar.
O que a gravidade ainda esconde
A gravidade é a força mais bem descrita e, ao mesmo tempo, a menos compreendida. A teoria de Einstein funciona em todos os testes feitos até hoje, mas não conversa com a física quântica, que descreve as outras três forças; no centro de um buraco negro e no instante do Big Bang, as duas teorias se contradizem, e não existe ainda uma que junte as duas. Também não se sabe por que a gravidade é tão mais fraca que as outras forças, um trilhão de trilhão de trilhão de vezes mais fraca que o eletromagnetismo.
E há a matéria escura: galáxias giram como se tivessem muito mais massa do que a que vemos, e ou existe matéria invisível ou a gravidade funciona diferente em grande escala. A maior parte dos físicos aposta na matéria, mas a pergunta está aberta, e está contada em Matéria escura: o que é a parte invisível do universo. A força que segura você na cadeira é a mesma que ninguém entendeu por completo.
