g – Force

Force physique équivalente à une unité de gravité qui est multipliée lors de changements rapides de direction ou de vitesse. Les conducteurs subissent de fortes forces g lorsqu’ils prennent un virage, accélèrent et freinent.
La force g est une mesure de l’accélération d’un objet exprimée en g-s. Elle est proportionnelle à la force de réaction qu’un objet subit en raison de cette accélération ou, plus exactement, en raison de l’effet net de cette accélération et de l’accélération imprimée par la gravité naturelle.
La force g n’est pas une mesure absolue de la force et le terme est considéré comme un terme impropre par certains.
Le g est une unité non SI égale à l’accélération nominale de la gravité sur Terre au niveau de la mer (gravité standard), qui est définie comme 9,80665 m/s2 (32,174 ft/s2). Le symbole g est correctement écrit à la fois en minuscule et en italique pour le distinguer du symbole G, la constante gravitationnelle, et de g, le symbole du gramme, une unité de masse, qui n’est pas en italique.

L’analyse des forces g est importante dans une variété de domaines scientifiques et d’ingénierie, en particulier la science planétaire, l’astrophysique, la science des fusées et l’ingénierie de diverses machines telles que les avions de chasse, les voitures de course et les gros moteurs.
Les humains peuvent tolérer des forces g localisées de l’ordre de 100 g pendant une fraction de seconde, une gifle dure sur le visage peut par exemple imposer des centaines de g localement mais ne produire aucun dommage réel. Cependant, des forces g soutenues supérieures à environ 16 g pendant une minute peuvent être mortelles ou entraîner des lésions permanentes.

Il existe cependant des variations considérables entre les individus en ce qui concerne la tolérance à la force g. Des pilotes de course ont survécu à des accélérations instantanées allant jusqu’à 214 g lors d’accidents.
Dans une certaine mesure, la tolérance à la force g peut être entraînée, et il existe également une variation considérable de la capacité innée entre les individus. En outre, certaines maladies, en particulier les problèmes cardiovasculaires, réduisent la tolérance à l’accélération. Lors d’expériences de traîneau à fusée conçues pour tester les effets d’une forte accélération sur le corps humain, le colonel John Stapp, en 1954, a subi 46,2 g pendant plusieurs secondes.

En règle générale, les accélérations supérieures à 100 g, même momentanées, sont mortelles.
Dans la vie quotidienne, les humains subissent des forces g plus fortes que 1 g. Une toux typique produit une force g momentanée de 3,5 g, tandis qu’un éternuement entraîne une accélération d’environ 2 g. Les montagnes russes sont généralement conçues pour ne pas dépasser 3 g, bien que quelques exceptions notables produisent jusqu’à 6,7 g. Par exemple, sur une montagne russe, un g positif élevé est ressenti lorsque la trajectoire du wagon s’incurve vers le haut, où les passagers ont l’impression de peser plus que d’habitude. Ce phénomène est inversé lorsque la trajectoire du wagon s’incurve vers le bas, et un g inférieur à la normale est ressenti, ce qui fait que les usagers se sentent plus légers, voire en apesanteur.

De légères augmentations de la force g sont ressenties dans toute machine en mouvement, comme les voitures, les trains, les avions et les ascenseurs. Les astronautes en orbite expérimentent 0 g, appelé apesanteur.

La relation entre la force et l’accélération découle de la deuxième loi de Newton,

F = ma
où : F est la force, m la masse et a l’accélération

Cette équation montre que plus la masse d’un objet est importante, plus la force qu’il subit sous une même accélération est grande. Cela signifie que des objets de masses différentes subissant des « forces g » numériquement identiques seront en fait soumis à des forces d’ampleur très différente. Pour cette raison, la force g ne peut être considérée comme une mesure de la force en termes absolus.

La force g varie sur différentes planètes ou corps célestes. Lorsqu’un objet a une masse plus importante, il produit un champ gravitationnel plus élevé, ce qui entraîne des forces g plus importantes. La force g sur la Lune est d’environ 1/6 g, sur Mars d’environ 1/3 g. Sur le satellite martien Deimos, qui ne mesure que 13 km de diamètre, la force g est d’environ 4/10 000e de g. En revanche, la surface de Jupiter subit une force g d’environ 2,5 g. Ce chiffre est plus faible qu’il ne semble devoir l’être car la faible densité de Jupiter fait que sa surface est très éloignée de sa principale concentration de masse au cœur. À la surface d’une étoile à neutrons, une étoile dégénérée dont la densité est similaire à celle du noyau atomique, la gravité de surface est comprise entre 2×1011 et 3×1012 g.

Dans l’industrie aérospatiale, le g est une unité pratique pour spécifier le facteur de charge maximal que les avions et les engins spatiaux doivent être capables de supporter. Les avions légers du type de ceux utilisés pour la formation des pilotes (catégorie utilitaire) doivent être capables de supporter un facteur de charge de 4,4g (43 m/s2, 141,5 ft/s2) avec le train d’atterrissage rétracté. Les avions de ligne et autres avions de transport doivent être capables de supporter 2,5g. Les avions militaires et les pilotes (notamment les pilotes de chasse) équipés de combinaisons anti-g peuvent supporter plus de 9g.

Les accélérations de très courte durée, mesurées en millisecondes, sont généralement appelées chocs et sont souvent mesurées en g. Le choc auquel un dispositif ou un composant doit résister peut être spécifié en g. Par exemple, les montres-bracelets mécaniques peuvent résister à 7 g, les relais classés pour l’aérospatiale peuvent résister à 50 g, et les unités GPS/IMU des obus d’artillerie militaire doivent résister à 15 500 g pour survivre à l’accélération lors du tir.

Dans l’industrie automobile, le g est principalement utilisé en relation avec les forces de virage et l’analyse des impacts.

Le pilote de la Sprint Cup de NASCAR, Jeff Gordon, a subi le troisième choc de force g le plus élevé enregistré par NASCAR lors de la course Pennsylvania 500 de 2006 à Pocono Raceway, mesurant une force sans précédent de 64 g. Gordon a déclaré qu’à l’époque, c’était le choc le plus dur qu’il ait jamais subi dans une voiture.

Le pilote de l’Indy Car, Kenny Bräck, s’est écrasé au tour 188 de la course de 2003 au Texas Motor Speedway. Bräck et Tomas Scheckter ont touché des roues, envoyant Bräck dans les airs à plus de 200 mph, heurtant une poutre de soutien en acier pour la clôture de capture. Selon le site de Bräck, sa voiture a enregistré 214 g.

Les pilotes de Formule 1 subissent généralement 5 g au freinage, 2 g à l’accélération et 4 à 6 g en virage. Chaque voiture de Formule 1 est équipée d’un dispositif ADR (Accident Data Recorder), qui enregistre la vitesse et les forces g. Selon la FIA, Robert Kubica, de BMW Sauber, a subi 75 g lors de son accident au Grand Prix du Canada en 2007.

Le pilote de Formule 1 David Purley a survécu à une force estimée à 179,8 g en 1977, lorsqu’il a décéléré de 173 km/h (108 mph) à l’arrêt sur une distance de 66 cm (26 pouces) après que son accélérateur s’est coincé grand ouvert et qu’il a heurté un mur.

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