g – Kraft

Eine physikalische Kraft, die einer Einheit der Schwerkraft entspricht und sich bei schnellen Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderungen multipliziert. Autofahrer erfahren beim Abbiegen, Beschleunigen und Bremsen starke g-Kräfte.
g-Kraft ist ein Maß für die Beschleunigung eines Objekts, ausgedrückt in g-s. Sie ist proportional zu der Reaktionskraft, die ein Objekt infolge dieser Beschleunigung erfährt, oder, genauer gesagt, infolge der Nettowirkung dieser Beschleunigung und der durch die natürliche Schwerkraft vermittelten Beschleunigung.
Die g-Kraft ist kein absolutes Maß für die Kraft, und der Begriff wird von einigen als Fehlbezeichnung angesehen.
Das g ist eine Nicht-SI-Einheit, die der nominalen Erdbeschleunigung auf Meereshöhe (Standardgravitation) entspricht, die mit 9,80665 m/s2 definiert ist. Das Symbol g wird sowohl klein als auch kursiv geschrieben, um es von dem Symbol G, der Gravitationskonstante, und g, dem Symbol für Gramm, einer Masseneinheit, die nicht kursiv geschrieben wird, zu unterscheiden.

Die Analyse der g-Kräfte ist in einer Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Bereichen wichtig, insbesondere in der Planetenforschung, der Astrophysik, der Raketenforschung und der Konstruktion verschiedener Maschinen wie Kampfjets, Rennwagen und Großmotoren.
Menschen können für den Bruchteil einer Sekunde lokale g-Kräfte in der Größenordnung von Hunderten von g ertragen, so dass ein harter Schlag ins Gesicht zwar lokal Hunderte von g auslösen kann, aber keine wirklichen Schäden verursacht. Anhaltende G-Kräfte von mehr als 16 g für eine Minute können jedoch tödlich sein oder zu dauerhaften Verletzungen führen.

Es gibt jedoch erhebliche Unterschiede zwischen den Menschen, was die Toleranz gegenüber g-Kräften angeht. Rennwagenfahrer haben bei Unfällen Beschleunigungen von bis zu 214 g überlebt.
Bis zu einem gewissen Grad kann die g-Toleranz trainiert werden, und auch die angeborenen Fähigkeiten sind von Mensch zu Mensch sehr unterschiedlich. Darüber hinaus verringern einige Krankheiten, insbesondere Herz-Kreislauf-Probleme, die G-Toleranz. In Raketenschlittenexperimenten, mit denen die Auswirkungen einer hohen Beschleunigung auf den menschlichen Körper getestet werden sollten, erlebte Oberst John Stapp 1954 mehrere Sekunden lang 46,2 g.

Beschleunigungen von mehr als 100 g, auch wenn sie nur kurzzeitig auftreten, sind in der Regel tödlich.
Im Alltag erlebt der Mensch g-Kräfte von mehr als 1 g. Ein typischer Husten erzeugt eine momentane g-Kraft von 3,5 g, während ein Niesen eine Beschleunigung von etwa 2 g bewirkt. Achterbahnen sind in der Regel so konstruiert, dass sie 3 g nicht überschreiten, obwohl einige bemerkenswerte Ausnahmen bis zu 6,7 g erzeugen. Auf einer Achterbahn treten beispielsweise hohe positive g auf, wenn sich die Bahn nach oben wölbt und die Fahrgäste das Gefühl haben, mehr zu wiegen als sonst. Dies kehrt sich um, wenn sich die Bahn nach unten wölbt, und die Fahrgäste fühlen sich leichter oder sogar schwerelos.

Ein leichter Anstieg der g-Kraft wird in allen sich bewegenden Maschinen wie Autos, Zügen, Flugzeugen und Aufzügen erlebt. Astronauten im Orbit erleben 0 g, was als Schwerelosigkeit bezeichnet wird.

Die Beziehung zwischen Kraft und Beschleunigung ergibt sich aus Newtons zweitem Gesetz,

F = ma
wobei: F ist die Kraft, m ist die Masse und a ist die Beschleunigung

Diese Gleichung zeigt, dass die Kraft eines Objekts bei gleicher Beschleunigung umso größer ist, je größer seine Masse ist. Das bedeutet, dass Objekte mit unterschiedlichen Massen, die numerisch identische „g-Kräfte“ erfahren, in Wirklichkeit ganz unterschiedlich großen Kräften ausgesetzt sind. Aus diesem Grund kann die g-Kraft nicht als absolutes Kraftmaß angesehen werden.

Die g-Kraft variiert auf verschiedenen Planeten oder Himmelskörpern. Wenn ein Objekt eine größere Masse hat, erzeugt es ein größeres Gravitationsfeld, was zu höheren g-Kräften führt. Auf dem Mond beträgt die g-Kraft etwa 1/6 g, auf dem Mars etwa 1/3 g. Auf dem Mars-Satelliten Deimos, der nur 13 km Durchmesser hat, beträgt die g-Kraft etwa 4/10.000stel g. Im Gegensatz dazu erfährt die Oberfläche des Jupiters eine g-Kraft von etwa 2,5 g. Dies ist geringer, als es den Anschein hat, da die Oberfläche des Jupiters aufgrund seiner geringen Dichte sehr weit von der primären Massenkonzentration im Kern entfernt ist. Auf der Oberfläche eines Neutronensterns, eines entarteten Sterns mit einer Dichte ähnlich der des Atomkerns, beträgt die Oberflächengravitation zwischen 2×1011 und 3×1012 g.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist das g eine praktische Einheit zur Angabe des maximalen Belastungsfaktors, dem Flugzeuge und Raumfahrzeuge standhalten müssen. Leichte Flugzeuge, wie sie in der Pilotenausbildung eingesetzt werden (Utility-Kategorie), müssen bei eingezogenem Fahrwerk einen Lastfaktor von 4,4 g (43 m/s2, 141,5 ft/s2) aushalten können. Verkehrsflugzeuge und andere Transportflugzeuge müssen 2,5 g aushalten können. Militärflugzeuge und Piloten (insbesondere Kampfpiloten) mit g-Anzügen können mehr als 9 g aushalten.

Sehr kurzfristige Beschleunigungen, die in Millisekunden gemessen werden, werden gewöhnlich als Schocks bezeichnet und oft in g gemessen. Der Schock, dem ein Gerät oder eine Komponente standhalten muss, kann in g angegeben werden. Mechanische Armbanduhren können beispielsweise 7 g aushalten, Relais für die Luft- und Raumfahrt können 50 g aushalten, und GPS/IMU-Einheiten für militärische Artilleriegeschosse müssen 15.500 g aushalten, um die Beschleunigung beim Abschuss zu überstehen.

In der Automobilindustrie wird g hauptsächlich im Zusammenhang mit Kurvenkräften und Aufprallanalysen verwendet.

NASCAR-Sprint-Cup-Fahrer Jeff Gordon erlebte beim Pennsylvania 500-Rennen 2006 auf dem Pocono Raceway den dritthöchsten von der NASCAR aufgezeichneten Aufprall mit einer G-Kraft von 64 g. Gordon berichtete damals, dass es der härteste Aufprall war, den er je in einem Auto hatte.

Indy-Car-Fahrer Kenny Bräck verunglückte in Runde 188 des Rennens 2003 auf dem Texas Motor Speedway. Bräck und Tomas Scheckter berührten die Räder und schickten Bräck mit über 200 mph in die Luft, wo er einen Stahlträger für die Fangzäune traf. Laut Bräcks Website verzeichnete sein Auto 214 g.

Formel-1-Fahrer erfahren normalerweise 5 g beim Bremsen, 2 g beim Beschleunigen und 4 bis 6 g beim Kurvenfahren. In jedem Formel-1-Auto ist ein ADR-Gerät (Accident Data Recorder) installiert, das Geschwindigkeit und g-Kräfte aufzeichnet. Nach Angaben der FIA erlebte Robert Kubica von BMW Sauber bei seinem Unfall beim Großen Preis von Kanada 2007 75 g.

Der Formel-1-Rennfahrer David Purley überlebte 1977 geschätzte 179,8 g, als er von 173 km/h über eine Strecke von 66 cm abgebremst wurde, nachdem seine Drosselklappe weit geöffnet war und er gegen eine Mauer prallte.

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