Peut-être que John Burk a assez bien couvert ce sujet, mais une bonne question vaut presque toujours la peine qu’on y réponde à nouveau.
Pourquoi s’inquiéter de la force G ?
Vous voyez ? J’ai ajouté quelques questions supplémentaires.
Supposons que vous ayez une application sur votre téléphone qui mesure l’accélération. Voici une capture d’écran de l’application iPhone AccelMeter.
C’est une application plutôt cool. Elle montre une représentation en 3 dimensions du vecteur de la force g en temps réel. Ici, vous pouvez voir que je tiens juste le téléphone pour produire un vecteur d’une magnitude de 1,00 g. Pourquoi le téléphone ne donne-t-il pas le vecteur d’accélération à la place ? Parce que le téléphone ne peut pas faire la différence entre le champ gravitationnel et une accélération.
Rappellez-vous comment fonctionne un accéléromètre. J’ai en fait écrit à ce sujet il y a longtemps – mais voici une vidéo plus récente (et populaire) décrivant les accéléromètres modernes. Au niveau de base, un accéléromètre est juste un ressort et la mesure d’une force g est basée sur la quantité de tension du ressort. Considérons deux ressorts qui ne peuvent se déplacer que dans une seule dimension. Le premier ressort est vertical et au repos. L’autre ressort est horizontal et en accélération.
Pour le ressort suspendu vertical de gauche, il est en équilibre. Cela signifie que pour les forces dans la direction verticale, ce qui suit serait vrai :
Pour la plupart des ressorts, la force exercée par le ressort est proportionnelle à la quantité de ressort étiré. Ceci est connu sous le nom de loi de Hooke et peut s’écrire comme suit :
Ici, k est la constante du ressort – essentiellement une mesure de la » rigidité » du ressort et s est la quantité de compression ou d’étirement du ressort par rapport à sa longueur naturelle. Oui, je sais que vous verrez souvent un signe négatif dans cette équation pour indiquer que la force du ressort est dans la direction opposée à celle de son étirement. Je ne l’ai pas inclus puisque je ne fais que montrer la magnitude. Mais pour en revenir au ressort vertical, je peux trouver la quantité de tension du ressort si je connais la constante du ressort et la masse. Oh, g est le champ gravitationnel. Sa magnitude est de 9,8 newtons par kilogramme.
Ok. Maintenant, regardons le ressort horizontal (je n’ai inclus que les forces horizontales au cas où vous ne pourriez pas le dire). Pour cet objet, il n’y a que la force du ressort sur lui. L’équation de la force dans la direction x serait :
Et voici la partie cool. Que se passe-t-il si la masse accélère avec une magnitude de 9,8 m/s2 ? Eh bien, puisque l’accélération a la même valeur que le champ gravitationnel (et les mêmes unités puisque 1 N/kg = 1 m/s2), le ressort aurait le même étirement. Dans un accéléromètre, l’étirement (ou la compression) du ressort est vraiment la seule chose qui est mesurée. L’accéléromètre ne peut donc pas faire la différence entre les accélérations et les forces gravitationnelles.
Vous non plus. En bref, c’est pourquoi vous vous sentez « en apesanteur » en orbite. Si vous voulez la version longue, voici un billet plus détaillé sur le poids apparent et l’apesanteur.
Qu’est-ce que la force G ?
Premièrement, ce n’est pas vraiment une mesure de la force. Si deux objets sont assis sur la table, ils seront tous deux à 1 g même s’ils sont de masses différentes. Les forces gravitationnelles seront différentes et la force de la table qui pousse vers le haut sera différente.
Je ne suis pas sûr que tout le monde soit complètement d’accord sur la définition de la force g, mais j’aime cette définition.
Si un objet est au repos, alors la force nette sur cet objet serait nulle (vecteur zéro). La soustraction de la force gravitationnelle laisserait une force g de 9,8 m/s2 ou 1 g. Si un objet accélère vers le HAUT à 9,8 m/s2, la force nette serait également un vecteur pointant vers le haut. En soustrayant un vecteur pointant vers le bas (force gravitationnelle), on obtient une force g plus importante de 2 g. Si l’objet accélérait vers le bas à 9,8 m/s2, la force nette serait la même que la force gravitationnelle. En les soustrayant, on obtiendrait le vecteur zéro et une force g de 0 g.
Tolérance humaine à la force G
L’une des meilleures façons d’examiner les dommages au corps humain est de considérer l’accélération. L’accélération est le tueur, enfin généralement. Considérez ce modèle d’un corps humain entrant en collision avec le sol.
Dans ce modèle, il y a deux balles reliées par un ressort. Si le corps tombe et entre en collision avec le sol, il doit accélérer vers le haut. Regardons simplement la boule du haut. Puisqu’elle doit accélérer vers le haut, elle doit avoir une force nette dirigée vers le haut. Cela signifie que la force exercée par le ressort intérieur sur la balle du haut doit être supérieure à la force gravitationnelle. Plus l’accélération est grande, plus la force du ressort doit être importante et plus le ressort intérieur sera comprimé. Si ce ressort est trop comprimé, il pourrait se casser. La rupture d’un ressort serait une mauvaise chose. C’est là que les dommages entrent en jeu.
Donc, les grandes accélérations peuvent causer des dommages. Toujours ? Non. Et s’il y avait une force de longue portée pour accélérer ce modèle de corps à deux billes ? Si cette même force était sur les deux billes du modèle, vous pourriez obtenir une accélération super élevée sans avoir à comprimer le ressort interne. Sans compression du ressort interne, le corps n’est pas endommagé. Mais comment cela fonctionnerait-il ? Je ne sais pas. La seule force qui tire sur toutes les parties d’un corps serait la force gravitationnelle (puisque toutes les parties ont une masse). Mais ce serait cool, non ? S’il existait un champ de force capable de vous arrêter (ou de vous tirer dessus comme une balle) sans causer de dommages ? Oui. Ce serait cool.
Alors, quel genre d’accélérations un corps humain peut-il supporter ? Dans un épisode précédent de Mythbusters – celui où l’on saute d’un immeuble avec du papier bulle, ils affirment que les cascadeurs visent une accélération maximale de 10 g. Un bon objectif à atteindre. La page de Wikipedia sur la tolérance à la force g indique que 50 g représentent une « mort probable ». Cependant, elle indique également que certaines personnes ont pu survivre à des accélérations allant jusqu’à 100 g. Il semble que la durée de l’accélération soit assez importante. Une accélération de seulement 16 g pendant une période prolongée peut également être mortelle.
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