miniatura|În zbor rectiliniu orizontal, portanța (L) este egală cu greutatea (W). Într-un viraj orizontal stabilizat cu o înclinare de 60°, portanța este egală cu dublul greutății (L = 2W). Pilotul resimte 2 g și o greutate dublată. Cu cât înclinarea este mai accentuată, cu atât forțele g cresc. miniatura|Acest dragster Top Fuel poate accelera de la zero la 160 de kilometri pe oră (99 mph) în 0,86 secunde. Aceasta reprezintă o accelerație orizontală de 5,3 g. Combinarea acesteia cu forța g verticală din cazul staționar, prin aplicarea teoremei lui Pitagora, conduce la o forță g de 5,4 g. Forța g, sau echivalentul forței gravitaționale, este o forță specifică masei (forță pe unitate de masă), exprimată în unități de accelerație gravitațională standard (simbol g sau g₀, a nu se confunda cu „g", simbolul pentru gram). Se utilizează pentru accelerații susținute care produc o senzație de greutate. De exemplu, un corp aflat în repaus pe suprafața Pământului este supus unei accelerații de 1 g, egală cu valoarea convențională a accelerației gravitaționale pe Pământ, de aproximativ 9,8 m/s². O accelerație mai tranzitorie, însoțită de o supraaccelerație semnificativă, se numește șoc mecanic.
Atunci când forța g ia naștere prin apăsarea suprafeței unui corp de către suprafața altuia, reacțiunea la această apăsare produce o forță egală și de sens contrar pentru fiecare unitate de masă a fiecărui corp. Tipurile de forțe implicate sunt transmise prin corpuri de către tensiunile mecanice interne. Accelerația gravitațională este una dintre cauzele accelerației unui corp în raport cu căderea liberă.G Force . Newton.dep.anl.gov. Retrieved on 14 October 2011.
Forța g resimțită de un corp se datorează sumei vectoriale a tuturor forțelor gravitaționale și negravitaționale care acționează asupra libertății de mișcare a corpului. În practică, după cum s-a arătat, acestea sunt forțe de contact dintre suprafețele corpurilor. Astfel de forțe produc tensiuni și deformații în corpuri, întrucât trebuie transmise pornind de la suprafața acestora. Din cauza acestor deformații, forțele g mari pot fi distructive.
De exemplu, o forță de 1 g asupra unui corp aflat pe suprafața Pământului este cauzată de forța mecanică exercitată în sens ascendent de către sol, care împiedică intrarea corpului în cădere liberă. Forța de contact orientată în sus, exercitată de sol, face ca un corp aflat în repaus pe suprafața Pământului să fie accelerat în raport cu starea de cădere liberă. (Căderea liberă este traiectoria pe care ar urma-o corpul dacă ar cădea liber spre centrul Pământului.) Tensiunea din interiorul corpului rezultă din faptul că forțele de contact cu solul se transmit numai din punctul de contact cu acesta.
Corpurile lăsate să cadă liber pe o traiectorie inerțială, sub influența exclusivă a gravitației, nu resimt nicio forță g stare cunoscută sub numele de imponderabilitate. Starea de cădere liberă pe o traiectorie inerțială este denumită colocvial „zero-g", prescurtare de la „forță g nulă". Condiții de forță g nulă ar apărea în interiorul unui ascensor aflat în cădere liberă spre centrul Pământului (în vid) sau, cu o bună aproximație, în interiorul unei nave spațiale aflate pe orbită în jurul Pământului. Acestea sunt exemple de accelerație de coordonate (o variație a vitezei) fără senzația de greutate.
În absența câmpurilor gravitaționale sau pe direcții perpendiculare pe acestea, accelerația proprie și accelerația de coordonate sunt identice, iar orice accelerație de coordonate trebuie să fie produsă de o accelerație corespunzătoare exprimată ca forță g. Un exemplu în acest sens este o rachetă în spațiul liber: atunci când motoarele produc simple variații de viteză, aceste variații generează forțe g asupra rachetei și a pasagerilor.
Unitatea și măsurarea Unitatea de măsură a accelerației în Sistemul Internațional de Unități (SI) este m/s². Totuși, pentru a distinge accelerația raportată la căderea liberă de accelerația simplă (variația vitezei în unitatea de timp), se utilizează frecvent unitatea g. Un g reprezintă forța pe unitatea de masă datorată gravitației la suprafața Pământului și este accelerația gravitațională standard (simbol: gn), definită ca 9,80665 metri pe secundă la pătrat,BIPM: Declaration on the unit of mass and on the definition of weight; conventional value of gn . sau, echivalent, 9,80665 newtoni de forță pe kilogram de masă. Definiția unității nu depinde de loc — forța g resimțită la suprafața Lunii este aproape exact o șesime din cea de pe Pământ. Unitatea g nu se numără printre unitățile SI, în care „g" desemnează gramul. De asemenea, „g" nu trebuie confundat cu „G", simbolul standard al constantei gravitaționale.<ref name="symbols">Symbol g: ESA: GOCE, Basic Measurement Units , NASA: Multiple G , Astronautix: Stapp , Honeywell: Accelerometers , Sensr LLC: GP1 Programmable Accelerometer , Farnell: accelometers, Delphi: Accident Data Recorder 3 (ADR3) MS0148 , NASA: Constants and Equations for Calculations , Jet Propulsion Laboratory: A Discussion of Various Measures of Altitude , National Highway Traffic Safety Administration: Recording Automotive Crash Event Data
Symbol G: Lyndon B. Johnson Space Center: ENVIRONMENTAL FACTORS: BIOMEDICAL RESULTS OF APOLLO, Section II, Chapter 5 , Honywell: Model JTF, General Purpose Accelerometer </ref> Această notație este folosită în mod curent în aviație, în special în aviația acrobatică sau militară de luptă, pentru a descrie forțele sporite pe care piloții trebuie să le depășească pentru a rămâne conștienți și a nu suferi o pierdere a cunoștinței indusă de accelerație (g-LOC).
Măsurarea forței g se realizează de regulă cu ajutorul unui accelerometru (a se vedea discuția de mai jos, din secțiunea „Măsurarea cu ajutorul unui accelerometru"). În anumite cazuri, forțele g pot fi măsurate cu cântare calibrate corespunzător.
Toleranța umană
Toleranța umană depinde de mărimea forței gravitaționale, de durata aplicării acesteia, de direcția în care acționează, de locul de aplicare și de postura corpului.George Bibel. Beyond the Black Box: the Forensics of Airplane Crashes. Johns Hopkins University Press, 2008. .
Corpul uman este flexibil și deformabil, în special țesuturile moi. O palmă puternică peste față poate impune local, pentru scurt timp, sute de g, fără a produce însă vreo leziune reală; în schimb, o accelerație constantă de 16 g timp de un minut poate fi letală. În cazul vibrațiilor, niveluri relativ scăzute ale forței g de vârf pot fi grav vătămătoare dacă se produc la frecvența de rezonanță a organelor sau a țesuturilor conjunctive.
Într-o anumită măsură, toleranța la forța g poate fi antrenată, existând totodată variații considerabile ale capacității înnăscute de la un individ la altul. În plus, anumite afecțiuni, în special cele cardiovasculare, reduc toleranța la forța g.
Verticală Piloții de aeronave (în special) suportă forțe g de-a lungul axei aliniate cu coloana vertebrală. Acest lucru provoacă variații semnificative ale tensiunii arteriale pe lungimea corpului subiectului, fapt care limitează forțele g maxime ce pot fi tolerate.
Forța g pozitivă, sau „ascendentă”, împinge sângele în jos, către picioarele unei persoane așezate sau în picioare (mai exact, picioarele și corpul pot fi privite ca fiind împinse în sus de forța podelei și a scaunului, în jurul sângelui). Rezistența la forța g pozitivă variază. O persoană obișnuită poate suporta circa (ceea ce înseamnă că unii oameni și-ar putea pierde cunoștința într-un montagne russe cu forță g mai mare, care în unele cazuri depășește acest prag) înainte de a suferi o , dar prin combinarea unor costume anti-g speciale cu efortul de a-și încorda mușchii — ambele acționând pentru a împinge sângele înapoi spre creier — piloții moderni pot suporta de regulă, în mod susținut, (vezi antrenamentul la forțe g ridicate).
În aeronave, îndeosebi, forțele g verticale sunt adesea pozitive (împing sângele către picioare și departe de cap), ceea ce afectează în special ochii și creierul. Pe măsură ce forța g verticală pozitivă crește progresiv (cum se întâmplă, de exemplu, într-o centrifugă), pot apărea următoarele simptome: vedere cenușie (grey-out), în care câmpul vizual își pierde culoarea; ușor reversibilă la revenirea la zborul orizontal; vedere tubulară (tunnel vision), în care vederea periferică se pierde progresiv; pierderea vederii (blackout), survenită cu menținerea stării de conștiență, cauzată de irigarea sanguină insuficientă a capului; , o pierdere a cunoștinței indusă de accelerație; moartea, dacă forțele g nu sunt reduse rapid.
Rezistența la forța g „negativă”, sau „descendentă”, care împinge sângele către cap, este mult mai redusă. Această limită se situează de regulă în intervalul . Această stare este uneori denumită red out, în care vederea capătă literalmente o nuanță roșiatică, din cauza pleoapei inferioare încărcate cu sânge, care este trasă în câmpul vizual. Forța g negativă este în general neplăcută și poate provoca leziuni. Vasele de sânge din ochi sau din creier se pot dilata sau se pot rupe sub presiunea sanguină crescută, ducând la degradarea vederii sau chiar la orbire.
Orizontală Corpul uman suportă mai bine forțele g perpendiculare pe coloana vertebrală. În general, atunci când accelerația este orientată înainte (subiectul fiind, în esență, întins pe spate, situație denumită colocvial „eyeballs in” — globii oculari împinși înăuntru), toleranța este mult mai mare decât atunci când accelerația este orientată înapoi (subiectul întins pe burtă, „eyeballs out” — globii oculari împinși în afară), întrucât vasele de sânge din retină par mai sensibile în această din urmă direcție.
Primele experimente au arătat că oamenii neantrenați puteau tolera accelerații dintr-o gamă largă, în funcție de durata expunerii: de la timp de mai puțin de 10 secunde, până la timp de 1 minut și timp de 10 minute, atât pentru „eyeballs in”, cât și pentru „eyeballs out”.NASA Technical note D-337, Centrifuge Study of Pilot Tolerance to Acceleration and the Effects of Acceleration on Pilot Performance , de Brent Y. Creer, căpitan Harald A. Smedal, USN (MC), și Rodney C. Wingrove, figura 10 Aceste forțe au fost suportate cu facultățile cognitive intacte, subiecții fiind capabili să îndeplinească sarcini fizice și de comunicare simple. S-a stabilit că testele nu provoacă vătămări pe termen lung sau scurt, deși toleranța era destul de subiectivă, doar cei mai motivați dintre nepiloți fiind capabili să ducă testele la capăt.NASA Technical note D-337, Centrifuge Study of Pilot Tolerance to Acceleration and the Effects of Acceleration on Pilot Performance , de Brent Y. Creer, căpitan Harald A. Smedal, USN (MC), și Rodney C. Wingrove Recordul de toleranță la forța g orizontală de vârf, obținut experimental, este deținut de pionierul cercetărilor asupra accelerației , într-o serie de experimente de decelerare pe sanie rachetă, culminând cu un test de la sfârșitul anului 1954, în care a fost cronometrat la puțin peste o secundă pornind de la o viteză terestră de Mach 0,9. El a supraviețuit unei accelerații de vârf de tip „eyeballs-out” de 46,2 ori accelerația gravitațională și a peste timp de 1,1 secunde, demonstrând că organismul uman este capabil să suporte acest lucru. Stapp a mai trăit încă 45 de ani, până la vârsta de 89 de ani,Fastest Man on Earth – John Paul Stapp . Ejection Site. Accesat la 14 octombrie 2011. fără niciun efect advers.
Cea mai mare forță g'' înregistrată suportată de un om care a supraviețuit s-a produs în timpul finalei Seriei IndyCar 2003, pe Texas Motor Speedway, la 12 octombrie 2003, în cursa Chevy 500 din 2003, când mașina condusă de a intrat în contact roată la roată cu mașina lui Tomas Scheckter. În urma impactului, mașina lui Bräck a lovit imediat gardul de protecție, înregistrându-se o valoare de vârf de .
Diferite exemple tipice