fuerza g
Una fuerza física equivalente a una unidad de gravedad que se multiplica durante los cambios rápidos de dirección o velocidad. Los conductores experimentan severas fuerzas g al tomar curvas, acelerar y frenar.
La fuerza g es una medida de la aceleración de un objeto expresada en g-s. Es proporcional a la fuerza de reacción que experimenta un objeto como resultado de esta aceleración o, más correctamente, como resultado del efecto neto de esta aceleración y la aceleración impartida por la gravedad natural.
La fuerza g no es una medida absoluta de la fuerza y el término es considerado un término erróneo por algunos.
La g es una unidad no IS igual a la aceleración nominal de la gravedad en la Tierra a nivel del mar (gravedad estándar), que se define como 9,80665 m/s2 (32,174 pies/s2). El símbolo g se escribe correctamente tanto en minúscula como en cursiva para distinguirlo del símbolo G, la constante gravitacional y de g, el símbolo del gramo, una unidad de masa, que no se escribe en cursiva.
El análisis de las fuerzas g es importante en una variedad de campos científicos y de ingeniería, especialmente en la ciencia planetaria, la astrofísica, la ciencia de los cohetes y la ingeniería de varias máquinas como los aviones de combate, los coches de carreras y los grandes motores.
Los humanos pueden tolerar fuerzas g localizadas de cientos de g durante una fracción de segundo, por ejemplo, una fuerte bofetada en la cara puede imponer cientos de g localmente pero no producir ningún daño real. Sin embargo, las fuerzas g sostenidas por encima de unos 16 g durante un minuto pueden ser mortales o provocar lesiones permanentes.
Sin embargo, la tolerancia a las fuerzas g varía considerablemente de un individuo a otro. Los pilotos de carreras han sobrevivido a aceleraciones instantáneas de hasta 214 g durante accidentes.
Hasta cierto punto, la tolerancia a la fuerza g puede ser entrenable, y también hay una considerable variación en la capacidad innata entre los individuos. Además, algunas enfermedades, especialmente los problemas cardiovasculares, reducen la tolerancia a la g. En los experimentos con trineos de cohetes diseñados para probar los efectos de la alta aceleración en el cuerpo humano, el coronel John Stapp experimentó en 1954 46,2 g durante varios segundos.
Por lo general, las aceleraciones superiores a 100 g, aunque sean momentáneas, son mortales.
En la vida cotidiana, los seres humanos experimentan fuerzas g superiores a 1 g. Una tos típica produce una fuerza g momentánea de 3,5 g, mientras que un estornudo produce unos 2 g de aceleración. Las montañas rusas suelen estar diseñadas para no superar los 3 g, aunque algunas excepciones notables producen hasta 6,7 g. Por ejemplo, en una montaña rusa se experimenta una alta g positiva cuando la trayectoria del coche se curva hacia arriba, donde los pasajeros sienten que pesan más de lo habitual. Esto se invierte cuando la trayectoria del coche se curva hacia abajo, y se siente una g más baja de lo normal, lo que hace que los pasajeros se sientan más ligeros o incluso sin peso.
Los ligeros aumentos de la fuerza g se experimentan en cualquier maquinaria en movimiento, como coches, trenes, aviones y ascensores. Los astronautas en órbita experimentan 0 g, lo que se denomina ingravidez.
La relación entre la fuerza y la aceleración surge de la segunda ley de Newton,
F = ma
donde: F es la fuerza, m es la masa y a es la aceleración
Esta ecuación muestra que cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la fuerza que experimenta bajo la misma aceleración. Eso significa que objetos con masas diferentes que experimentan «fuerzas g» numéricamente idénticas estarán de hecho sujetos a fuerzas de magnitudes muy diferentes. Por esta razón, no se puede considerar que la fuerza g mida la fuerza en términos absolutos.
La fuerza g varía en diferentes planetas o cuerpos celestes. Cuando un objeto tiene una mayor masa, produce un mayor campo gravitatorio, lo que da lugar a mayores fuerzas g. La fuerza g en la Luna es de aproximadamente 1/6 g, en Marte de 1/3 g. En el satélite marciano Deimos, de sólo 13 km de diámetro, la fuerza g es de aproximadamente 4/10.000 de g. En cambio, la superficie de Júpiter experimenta una fuerza g de aproximadamente 2,5 g. Esto es menor de lo que parece porque la baja densidad de Júpiter hace que su superficie esté muy alejada de su concentración primaria de masa en el núcleo. En la superficie de una estrella de neutrones, una estrella degenerada con una densidad similar a la del núcleo atómico, la gravedad superficial está entre 2×1011 y 3×1012 g’s.
En la industria aeroespacial el g es una unidad conveniente para especificar el factor de carga máximo que deben soportar las aeronaves y las naves espaciales. Las aeronaves ligeras del tipo utilizado en la formación de pilotos (categoría utilitaria) deben ser capaces de soportar un factor de carga de 4,4g (43 m/s2, 141,5 pies/s2) con el tren de aterrizaje retraído. Los aviones de pasajeros y otros aviones de transporte deben ser capaces de soportar 2,5g. Los aviones militares y los pilotos (especialmente los de combate) con trajes g pueden soportar más de 9g.
Las aceleraciones de muy corta duración, medidas en milisegundos, suelen denominarse choques y a menudo se miden en g’s. El choque que debe soportar un dispositivo o componente puede especificarse en g. Por ejemplo, los relojes de pulsera mecánicos pueden resistir 7 g, los relés con clasificación aeroespacial pueden resistir 50 g y las unidades GPS/IMU para los proyectiles de artillería militar deben resistir 15.500 g para sobrevivir a la aceleración al disparar.
En la industria del automóvil, la g se utiliza principalmente en relación con las fuerzas de giro y el análisis de impactos.
El piloto de la Copa Sprint de la NASCAR, Jeff Gordon, experimentó el tercer choque con mayor fuerza g registrado por la NASCAR en la carrera Pennsylvania 500 de 2006 en Pocono Raceway, midiendo una cifra sin precedentes de 64 g. Gordon informó que, en ese momento, fue el golpe más duro que recibió en un coche.
El piloto de Indy Car Kenny Bräck se estrelló en la vuelta 188 de la carrera de 2003 en el Texas Motor Speedway. Bräck y Tomas Scheckter tocaron las ruedas, enviando a Bräck por los aires a más de 200 mph, golpeando una viga de soporte de acero para la valla de captura. Según la página web de Bräck, su coche registró 214 g.
Los pilotos de Fórmula 1 suelen experimentar 5 g al frenar, 2 g al acelerar y de 4 a 6 g al tomar las curvas. Todos los coches de Fórmula 1 llevan instalado un dispositivo ADR (Accident Data Recorder), que registra la velocidad y las fuerzas g. Según la FIA, Robert Kubica, de BMW Sauber, experimentó 75 g durante su accidente en el Gran Premio de Canadá de 2007.
El piloto de Fórmula 1 David Purley sobrevivió a una fuerza estimada de 179,8 g en 1977, cuando desaceleró desde los 173 km/h (108 mph) hasta el reposo en una distancia de 66 cm (26 pulgadas) después de que su acelerador se atascara completamente y chocara contra un muro.
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