g – Force

Una forza fisica equivalente a un’unità di gravità che viene moltiplicata durante rapidi cambiamenti di direzione o velocità. I guidatori sperimentano forti forze g quando fanno una curva, accelerano e frenano.
La forza g è una misura dell’accelerazione di un oggetto espressa in g-s. È proporzionale alla forza di reazione che un oggetto sperimenta come risultato di questa accelerazione o, più correttamente, come risultato dell’effetto netto di questa accelerazione e l’accelerazione impartita dalla gravità naturale.
La forza g non è una misura assoluta della forza e il termine è considerato da alcuni un termine improprio.
Il g è un’unità non-SI pari all’accelerazione nominale di gravità sulla Terra a livello del mare (gravità standard), che è definita come 9,80665 m/s2 (32,174 ft/s2). Il simbolo g è scritto correttamente sia in minuscolo che in corsivo per distinguerlo dal simbolo G, la costante gravitazionale e g, il simbolo del grammo, un’unità di massa, che non è in corsivo.

L’analisi delle forze g è importante in una varietà di campi scientifici e ingegneristici, in particolare la scienza planetaria, l’astrofisica, la scienza dei razzi e l’ingegneria di varie macchine come i jet da combattimento, le auto da corsa e i grandi motori.
Gli esseri umani possono tollerare forze g localizzate nell’ordine dei 100 g per una frazione di secondo, un forte schiaffo sul viso può imporre localmente centinaia di g ma non produrre alcun danno reale. Tuttavia, forze g sostenute superiori a circa 16 g per un minuto possono essere mortali o portare a lesioni permanenti.

C’è una notevole variazione tra gli individui quando si tratta di tolleranza alla forza g, tuttavia. I piloti di auto da corsa sono sopravvissuti ad accelerazioni istantanee fino a 214 g durante gli incidenti.
In una certa misura, la tolleranza alla forza g può essere allenata, e c’è anche una notevole variazione nella capacità innata tra gli individui. Inoltre, alcune malattie, in particolare i problemi cardiovascolari, riducono la tolleranza ai g. In esperimenti di slitta a razzo progettati per testare gli effetti dell’alta accelerazione sul corpo umano, il colonnello John Stapp nel 1954 ha sperimentato 46,2 g per diversi secondi.

Di solito, le accelerazioni oltre i 100 g, anche se momentanee, sono fatali.
Nella vita quotidiana, gli esseri umani sperimentano forze g più forti di 1 g. Un tipico colpo di tosse produce una forza g momentanea di 3,5 g, mentre uno starnuto provoca circa 2 g di accelerazione. Le montagne russe sono di solito progettate per non superare i 3 g, anche se alcune eccezioni degne di nota producono fino a 6,7 g. Per esempio, sulle montagne russe si sperimentano alti g positivi quando il percorso dell’auto curva verso l’alto, dove i piloti si sentono come se pesassero più del solito. Questo si inverte quando il percorso della macchina curva verso il basso, e si sentono g più bassi del normale, facendo sentire i piloti più leggeri o addirittura senza peso.

Leggeri aumenti di forza g sono sperimentati in qualsiasi macchinario in movimento, come auto, treni, aerei e ascensori. Gli astronauti in orbita sperimentano 0 g, chiamata assenza di peso.

La relazione tra forza e accelerazione deriva dalla seconda legge di Newton,

F = ma
dove: F è la forza, m è la massa e a è l’accelerazione

Questa equazione mostra che più grande è la massa di un oggetto, maggiore è la forza che sperimenta a parità di accelerazione. Questo significa che oggetti con masse diverse che sperimentano “forze g” numericamente identiche saranno in realtà soggetti a forze di grandezza molto diversa. Per questo motivo, la forza g non può essere considerata per misurare la forza in termini assoluti.

La forza g varia su diversi pianeti o corpi celesti. Quando un oggetto ha una massa maggiore, produce un campo gravitazionale più alto, che si traduce in forze g più elevate. La forza g sulla Luna è circa 1/6 g, su Marte circa 1/3 g. Sul satellite marziano Deimos, solo 13 km di diametro, la forza g è circa 4/10.000 di un g. Al contrario, la superficie di Giove sperimenta una forza g di circa 2,5 g. Questo è più piccolo di quanto dovrebbe essere perché la bassa densità di Giove fa sì che la sua superficie sia molto lontana dalla sua concentrazione primaria di massa nel nucleo. Sulla superficie di una stella di neutroni, una stella degenerata con una densità simile al nucleo atomico, la gravità superficiale è tra 2×1011 e 3×1012 g.

Nell’industria aerospaziale il g è un’unità conveniente per specificare il fattore di carico massimo che aerei e veicoli spaziali devono essere in grado di sopportare. Gli aerei leggeri del tipo usato nell’addestramento dei piloti (categoria utility) devono essere in grado di sostenere un fattore di carico di 4.4g (43 m/s2, 141.5 ft/s2) con il carrello retratto. Gli aerei di linea e altri aerei da trasporto devono essere in grado di sostenere 2,5g. Gli aerei militari e i piloti (specialmente i piloti da combattimento) con tute g possono sopportare più di 9g.

Accelerazioni a brevissimo termine, misurate in millisecondi, sono solitamente chiamate shock e sono spesso misurate in g. Lo shock che un dispositivo o un componente deve sopportare può essere specificato in g. Per esempio, gli orologi da polso meccanici potrebbero resistere a 7 g, i relè classificati per il settore aerospaziale potrebbero resistere a 50 g, e le unità GPS/IMU per i proiettili dell’artiglieria militare devono resistere a 15.500 g per sopravvivere all’accelerazione dello sparo.

Nell’industria automobilistica il g è usato principalmente in relazione alle forze in curva e all’analisi dell’impatto.

Il pilota della NASCAR Sprint Cup Jeff Gordon ha sperimentato la terza forza g più alta registrata dalla NASCAR alla Pennsylvania 500 del 2006 alla Pocono Raceway, misurando un valore senza precedenti di 64 g. Gordon ha riferito che all’epoca è stato il colpo più duro che abbia mai preso in una macchina.

Il pilota della Indy Car Kenny Bräck si è schiantato al giro 188 della gara del 2003 alla Texas Motor Speedway. Bräck e Tomas Scheckter hanno toccato le ruote, mandando Bräck in aria a più di 200 mph, colpendo una trave di supporto in acciaio per la recinzione di cattura. Secondo il sito di Bräck la sua auto ha registrato 214 g.

I piloti di Formula Uno di solito sperimentano 5 g in frenata, 2 g in accelerazione e da 4 a 6 g in curva. Ogni auto di Formula Uno ha un dispositivo ADR (Accident Data Recorder) installato, che registra la velocità e le forze g. Secondo la FIA, Robert Kubica della BMW Sauber ha sperimentato 75 g durante il suo incidente nel Gran Premio del Canada del 2007.

Il pilota di Formula Uno David Purley è sopravvissuto a 179,8 g nel 1977 quando ha decelerato da 173 km/h (108 mph) a riposo su una distanza di 66 cm (26 pollici) dopo che il suo acceleratore si è bloccato spalancato e ha colpito un muro.

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