Cadere in assenza di gravità

La solita amica non fisica ma appassionata di fisica mi ha chiesto come si fa a creare l'assenza di gravità in un aereo facendolo precipitare.

Per prima cosa una pignolesca puntualizzazione: lei ha messo tra virgolette la parola "precipitare", ma avrebbe fatto meglio a mettere tra virgolette la parola "creare" ;-)

Allora vediamo come viene messa in pratica la cosa, prima di spiegare la fisica che ci sta dietro.

Un aereo costruito o modificato appositamente (delle dimensioni comunque di un aereo passeggeri o cargo, un jet militare non sarebbe utilizzabile in quanto nell'abitacolo mancherebbe lo spazio per sperimentare l'assenza di gravità) sale con la massima accelerazione possibile con un angolo di 45° rispetto al terreno.
Prima di andare avanti: l'inclinazione di 45° è un compromesso ideale tra gli obiettivi (cioè l'annullamento della gravità, per cui l'ideale sarebbe il volo verticale) e la fattibilità tecnica della cosa (decollo, stabilità di volo, ripresa del controllo dell'aereo, ecc., per cui l'ideale sarebbe il volo quasi orizzontale).
A un certo punto il pilota spegne i motori. L'aereo per un breve tratto continua a salire ma rallentando e disegnando una parabola (provate a lanciare per aria una palla da tennis con la stessa inclinazione: non raggiungerete le stesse velocità e altezze, ma otterrete la stessa identica traiettoria).
Raggiunto il culmine della parabola il moto si inverte e l'aereo comincerà a cadere. In caduta libera (collegamento alla wiki inglese, in quanto quella italiana è inadeguata). Soggetto - trascurando gli attriti con l'aria - solo alla forza di gravità.
E in questa parte del volo i passeggeri (pilota escluso, in quanto ben legato al posto di pilotaggio :-) ) sperimenteranno la famosa assenza di peso (e non di gravità, come comunemente si dice, anche se ai fini pratici possono essere considerati sinonimi).
Il pilota poi riaccende i motori prima di schiantarsi al suolo, naturalmente :-)

Però... quale è la spiegazione fisica?
Qui entrano in gioco le forze apparenti.

Partiamo da un esempio semplice semplice che sperimentiamo quotidianamente: una macchina che accelera. Nel momento in cui si pigia sul pedale dell'acceleratore si viene "spinti" all'indietro. È un fenomeno che abbiamo sperimentato tutti (o quasi).
Però c'è solo una forza reale: quella prodotta dal motore, che spinge in avanti la macchina. E allora quale forza spinge noi indietro, premendoci contro lo schienale del sedile?
In realtà nessuna forza reale: è l'auto che accelera, noi siamo solidali all'auto a causa del sedile (e se rispettiamo il codice della strada delle cinture di sicurezza), se non ci fosse il sedile noi non accelereremmo insieme all'auto, rimerremmo fermi rispetto alla strada (o quasi, tenendo conto che in gioco ci sono anche altre forze, tipo anche qui la gravità, e non solo quella dovuta all'accelerazione, quindi l'esempio della macchina è più facilmente visualizzabile ma alla fine matematicamente più complesso di quello della caduta libera).
E così sperimentiamo una forza - apparente - che ci fa premere contro lo schienale del sedile.

Ecco, nella fase di caduta libera dell'aereo di cui sopra capita esattamente lo stesso.
Solo che l'accelerazione è l'accelerazione di gravità (trascurando l'attrito dell'aria, come già detto) e che per i passeggeri non ci sono sedili e cinture di sicurezza.
Quindi questa forza apparente che si oppone alla forza di gravità sembra annullarla, quindi ci si ritrova... senza peso.

Ultima cosa: perché ho detto che tra virgolette andava la parola "creare" e non la parola "precipitare"?
L'aereo precipita veramente: i motori sono spenti.
L'assenza di gravità invece viene simulata, non creata. La forza di gravità è sempre lì, anzi è proprio grazie ad essa che l'aereo precipita.

Saluti,

Mauro.

P.S.:
Una trattazione fisica dettagliata è chiaramente un po' più complessa. Io ho cercato di unire semplicità e correttezza per essere comprensibile dal maggior numero di persone possibile. Se non ci sono riuscito me ne scuso.