Força G

De Viquipèdia
(S'ha redirigit des de: Força-G)
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Les forces G no són una mesura de força sinó una mesura intuïtiva d'acceleració. Està basada en l'acceleració que produiria la gravetat terrestre en un objecte qualsevol en condicions ideals (sense atmosfera o un altre fregament). Una acceleració de 1G és generalment considerat com a igual a la gravetat estàndard, que és de 9.80665 metres per segon quadrat (m/s 2 ).[1] La força G per a un objecte és de 0G en qualsevol ambient sense gravetat, com una caiguda lliure o un satèl·lit orbitant la Terra i de 1G a qualsevol objecte estacionari en la superfície de la Terra al nivell del mar. A part d'això, les forces G poden ser majors a 1, com en una muntanya russa, en una centrifugadora o en un coet. El mesurament de les forces G es fa mitjançant un acceleròmetre.

Origen d'aquestes forces[modifica | modifica el codi]

L'acceleració és un fenomen familiar per a qualsevol que s'hagi pujat a un automòbil, experimentant en cada canvi de direcció i velocitat respecte al punt de referència. Quan canvien algunes d'aquestes, es poden sentir canvis laterals (de costat a costat) i longitudinals (d'endavant cap enrere).

L'acceleració i la força G pot ser expressada en termes més familiars: Una acceleració de 1G és la variació de la velocitat en aproximadament 35 km/h (22 mph) per cada segon. Un automòbil d'alt rendiment pot frenar (desaccelerar) a aproximadament 1G. Això significa que un automòbil que viatge a 105 km/h (66 mph) i freni en 1 segon experimentarà una força de 3G.

L'expressió "1G = 9,80665 m/s 2 " significa que per cada segon que passa , la velocitat varia en 9,80665 m/s (35,30394 km/h).

Acceleració i forces[modifica | modifica el codi]

Tercera llei de Newton: Llei de les forces oposades.

En 1687 Newton va escriure les seves conegudes lleis de Newton. En la seva segona llei, la llei de l'acceleració, Newton va plantejar una equació que reduïda s'escriu com a F = ma. Aquesta fórmula enuncia que la F uerza que actua sobre un cos és igual a la M nansa multiplicat per la A, acceleració.

A la tercera llei de Newton, la llei de les forces oposades, diu:

« 3ª llei de Newton: A tota acció s'hi oposa una força de reacció, sent aquesta força igual a la primera, però de sentit contrari. »

Per Newton (i per a tots nosaltres), la seva tercera llei determinava que la gravetat actuant cap avall no era l'única força que actuava per mantenir les teves mans avall. Simultàniament, per aixecar les teves mans has d'aplicar la mateixa força però en la direcció oposada, és a dir, cap amunt. Quan llances una pedra cap al sòl, no hi ha forces que actuen en la direcció contrària, per la qual cosa accelerés. Això està d'acord amb la primera llei de Newton: La llei d'inèrcia.

Educació per força G[modifica | modifica el codi]

Per calcular l'acceleració en m/s 2 tenint força g s'ha de buidar aquesta simple equació:


F x 9,81 = nivell m/s 2


Sent F la força en G i vel . la velocitat en metres per segon quadrat.

Tolerància humana[modifica | modifica el codi]

La tolerància humana depèn de la magnitud de la força G, la durada, la direcció, el lloc aplicat i la postura del cos.[2]

El cos humà és flexible i deformable (llei de la matèria), particularment els teixits lleugers. Un gran cop a la cara podria arribar als centenars de Gs, però no produiria cap dany real; 16G per un minut pot ser, sens dubte, mortal. Quan hi ha vibració pel mig, forces Gs relativament baixes poden danyar seriosament si es troben a la freqüència de ressonància dels òrgans i teixits.

Fins a cert grau, la tolerància a les forces G pot ser entrenable, havent-hi una considerable variació entre la resistència de diferents individus. Algunes malalties, com els problemes cardiovasculars, redueixen la tolerància a les forces G.


Forces G verticals[modifica | modifica el codi]

Els avions, en general, exerceixen una gran força G en l'eix relacionat al pujar i baixar. Això causa una gran variació en la pressió sanguínia, que limita la tolerància màxima. A més a més, les forces G es poden veure en un avió de combat o d'acrobàcia, ja que els pilots estan exposats a grans canvis de gravetat en els seus moviments.

En els avions, les forces G normalment estan orientades cap als peus, fent que arribi menys sang al cervell; causant principalment problemes al cervell i de visió. A més a més causa la quasi immobilitat de les extremitats, ja que han de suportar gairebé 1000 vegades el seu pes. Mentre que les forces G augmenten, pot ocórrer un "brownout" o un "grayout", on la visió perd exactitud. Si les forces G augmenten apareixerà la visió de túnel. Si segueixen en augment, es perdrà la visió, però es mantindrà la consciència. Aquest punt és anomenat "Blacking out". Passat aquest punt, s'arribarà a la pèrdua de consciència, conegut com a G-LOC (LOC per pèrdua de la consciència en anglès). Mentre que la tolerància varia, una persona normal pot resistir 5G (49 m/s 2 ) abans del G-LOC, però amb vestits antigravetat i tècniques de tibat de músculs, ambdós actuant per retornar la sang al cervell, els pilots moderns poden suportar fins a 9G (88 m/s 2 ) mantinguts (per un període) o més (entrenament per a altes G).

La resistència a les forces G negatives, les quals forcen la sang cap al cap, és molt menor. El límit mitjana és de-2G a-3G (-20 m/s 2 a -30 m/s 2 ). La visió de la persona es torna vermella, (red out). Això és probablement perquè els capil lars dels ulls s'inflamin o exploten a causa de la major pressió.

Forces G horitzontals[modifica | modifica el codi]

El cos humà aquesta millor capacitat per resistir forces G horitzontals que verticals. Generalment quan l'acceleració és cap endavant, de manera que la força empeny al cos cap enrere (col·loquialment "els ulls cap endins"[3]), havent-hi una millor tolerància que quan és en la direcció contrària ("els ulls cap a fora"), pel fet que els vasos sanguinis són més sensibles en aquesta direcció.

Recents experiments demostren que les persones sense cap mena d'entrenament poden arribar a suportar 17G de força G cap endavant, (comparat contra els 12 G màxims de força cap enrere) per molts minuts sense perdre el coneixement o acabar amb danys aparents.[4]

Exemples d'acceleracions[modifica | modifica el codi]

Valor
(o rang)
Satèl·lits en òrbita i proves de gravetat zero[5] 0 g
Superfície de la lluna en l'Equador 0,1654 g
Superfície de la terra en l'Equador al nivell del mar. 1 g
Coet lunar Saturn V acabat enlairant 1,14 g
Màxim d'una Llançadora espacial durant l'enlairament i el reingrés a l'atmosfera. 3 g
Muntanyes russes més ràpides[6] 3,5-5 g
Apolo 16 en reingrés[7] 7,19 g
Viratge màxim normal en un avió acrobàtic o un jet de combat. 9 g
Màxim per a un humà en un trineu coet (John Stapp) 46,2 g
Míssil Sprint 100 g
Talla exposició d'una persona a un xoc[8] > 100 g
Capacitat d'absorció de rellotges mecànics[9] 5000-7500 g
Munició 9 × 19 Parabellum de mà
(Llarg mitjana d'una munició)[10]
31.000 g
Munició de mà 9 × 19 Parabellum, màxim[11] 190.000 g

Altres exemples[modifica | modifica el codi]

  • En detectar 3Gs salten els coixí de seguretat.
  • Un caça en un gir pot produir 7 Gs. Per compensar la força s'utilitzen vestits anti-G.
  • Un automòbil de Fórmula 1 pot produir en frenada 5 G, i 5 G laterals en les corbes.
  • Un cotxe de turisme en una frenada d'emergència produeix al voltant d'1 G.
  • Robert Kubica, si brutal accident en el GP del Canadà de F1 el 2007, va patir un pic de 75 G durant un mil·lisegon.[12]
  • Ralf Schumacher a Indianapolis va patir un brutal accident, del que va sortir sense greus problemes, però amb un pic de 72 G.
  • En un viatge en muntanya russa es produeixen ràpids canvis entre G positives (sovint se solen aconseguir sobre les 4 G) i negatives (sobre -1 G), la qual cosa produeix la sensació típica que crida l'atenció a la gent i fa que aquestes atraccions agradin tant.

Nota: El rècord mundial voluntari que ha resistit l'home en força G és de 82,6 G durant només 0,04 segons.[13]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. BIPM: on the unit of mass and on the definition of weight; Conventional value of g n
  2. Beyond the Black Box: the Forensics of Airplane crashes ; George Bibel, Johns Hopkins University Press, 2008 (ISBN 0-8018-8631-7), P350
  3. dglover/dictionary//tables/table11.html NASA Physiological Acceleration Systems
  4. NASA Technical noti D-337, Centrifuga Study of Pilot Tolerance to Acceleration and the Effects of Acceleration on Pilot Performance, by Brent I. Creure, Captain Harald A. Smedal, USN (MC), and Rodney C. Vtlfngrove
  5. Stanford University: Gravity Probe B, Payload & Spacecraft , and NASA: 20Technology/DFC_ESTO_final_97.pdf Investigation of Drag-Free Control Technology for Earth Science Constellation Missions . The TRIAD 1 satellite was a later, more advanced navigation satellite that was part of the US Navy s Transit, or NAVSAT system.
  6. Beyond the Black Box: the Forensics of Airplane crashes ; George Bibel, Johns Hopkins University Press, 2008 (ISBN 0-8018-8631-7), p340
  7. NASA: -2.jpg Table 2: Apollo Mannes Space Flight Reentry G Levels
  8. "Several Indy car drivers have withstood Impacts in Excess of 100 G without serious injuries. "Dennis F. Shanahan, MD, MPH: " Human Tolerance and Crash Survivability , Citing Society of Automotive Engineers. Indy racecar crash analysis. Automotive Engineering International, June 1999, 87-90. And National Highway Traffic Safety Administration: Recording Automotive Crash Event Data
  9. Omega FAQ , Ball Watch Technology
  10. Assuming a 124 grain ( 04/08 gram) bullet, a Muzzle velocity of 1,150 ft/s (350 m/s), and a 4-inch (102 mm) barrel.
  11. Assuming a 124 grain (8.04 gram) bullet, a peak pressure of 35,000 psi (241 MPa) and 100; pounds (440 N) of Friction.
  12. Esgarrifosos dades de l'accident de Kubica «Todomotor.net [Consulta: 16 octubre 2009]. 
  13. Els Rècords Guiness més extravagants del món