Talvez John Burk cobriu isto bem, mas uma boa pergunta vale quase sempre a pena responder novamente.
Porquê Preocupar-se com a Força G?
Você vê? Adicionei algumas perguntas extra.
P>Se tiver uma aplicação no seu telefone que meça a aceleração. Aqui está uma imagem do ecrã do iPhone AccelMeter App.
É uma aplicação muito fixe. Mostra uma representação em 3-D do vector g-force em tempo real. Aqui pode ver que estou apenas a segurar o telefone para produzir um vector com uma magnitude de 1,00 g. Porque é que o telefone não dá o vector de aceleração em vez disso? Porque o telefone não consegue distinguir entre o campo gravitacional e uma aceleração.
Recordar como funciona um acelerómetro. Na verdade, escrevi sobre isto há muito tempo – mas aqui está um vídeo mais recente (e popular) que descreve os acelerómetros modernos. Ao nível básico, um acelerómetro é apenas uma mola e a medição de uma força g é baseada na quantidade que a mola é esticada. Considere duas molas que só se podem mover numa dimensão. A primeira mola é vertical e em repouso. A outra mola é horizontal e em repouso.
Para a mola vertical suspensa à esquerda, ela está em equilíbrio. Isto significa que para as forças na direcção vertical, o seguinte seria verdadeiro:
Para a maioria das molas, a força exercida pela mola é proporcional à quantidade que a mola é esticada. Isto é conhecido como Lei de Hooke e pode ser escrito como:
Aqui k é a constante da mola – essencialmente uma medida da “rigidez” da mola e s é a quantidade que a mola é comprimida ou esticada a partir do seu comprimento natural. Sim, sei que muitas vezes se verá um sinal negativo nesta equação para indicar que a força da mola está na direcção oposta à que a mola é esticada. Não incluí isso uma vez que estou apenas a mostrar a magnitude. Mas voltando à mola vertical, posso encontrar a quantidade que a mola é esticada se conhecer a constante da mola e a massa. O g é o campo gravitacional. Tem uma magnitude de 9,8 Newtons por quilograma.
Ok. Agora para olhar para a mola horizontal (só incluí as forças horizontais no caso de não se conseguir perceber). Para este objecto, existe apenas a força da mola. A equação da força na direcção x seria:
e aqui está a parte fixe. E se a massa estiver a acelerar com uma magnitude de 9,8 m/s2? Bem, uma vez que a aceleração tem o mesmo valor que o campo gravitacional (e as mesmas unidades desde 1 N/kg = 1 m/s2), a mola teria o mesmo estiramento. Num acelerómetro, o estiramento (ou compressão) da mola é realmente a única coisa que é medida. Portanto, o acelerómetro não consegue distinguir entre acelerações e forças gravitacionais.
Nem pode. Em suma, é por isso que se sente “sem peso” em órbita. Se quiser a versão mais longa, aqui está um post mais detalhado sobre peso aparente e ausência de peso.
Qual é a Força G?
P>Primeiro, não é realmente uma medida de força. Se dois objectos estiverem sentados sobre a mesa, ambos estarão a 1 g, mesmo que sejam massas diferentes. As forças gravitacionais serão diferentes e a força da mesa empurrando para cima será diferente.
Não tenho a certeza de que todos concordem completamente com a definição de força-G, mas gosto desta definição.
se um objecto estiver em repouso, então a força líquida sobre esse objecto seria zero (vector zero). A subtracção da força gravitacional deixaria uma força g de 9,8 m/s2 ou 1 g. Se um objecto estiver a acelerar para cima a 9,8 m/s2, a força da rede seria também um vector apontando para cima. Subtrair um vector apontando para baixo (força gravitacional) resultaria numa força g maior de 2 g. Se o objecto estivesse a acelerar para baixo a 9,8 m/s2, a força da rede seria a mesma que a força gravitacional. Subtraindo-as daria o vector zero e uma força g de 0 g.
Tolerância humana da Força-G
Uma das melhores formas de olhar para os danos do corpo humano é considerar a aceleração. Aceleração é o assassino, bem geralmente. Considere este modelo de um corpo humano a colidir com o solo.
Neste modelo, há duas bolas ligadas por uma mola. Se o corpo cair e colidir com o solo, deve acelerar no sentido ascendente. Deixe-me só olhar para a bola superior. Uma vez que tem de acelerar para cima, tem de ter uma força de rede apontada para cima. Isto significa que a força que a mola interna exerce sobre a bola superior deve ser maior do que a força gravitacional. Quanto maior for a aceleração, maior deve ser esta força da mola e mais comprimida deve ser a mola interna. Se esta mola estiver demasiado comprimida, poderá partir-se. Quebrar molas seria mau. É aqui que os danos entram em jogo.
Assim, grandes acelerações podem causar danos. Sempre? Não. E se houvesse alguma força de longo alcance para acelerar este modelo de duas bolas de um corpo? Se esta mesma força estivesse nas duas bolas do modelo, poderia obter uma aceleração super alta sem ter de comprimir a mola interior. Nenhuma compressão da mola interna significa nenhum dano corporal. Mas como é que isto funcionaria? Não sei. A única força que puxa sobre todas as partes de um corpo seria a força gravitacional (uma vez que todas as partes têm massa). Mas será que não seria fixe? Se houvesse algum campo de força que o pudesse parar (ou disparar como uma bala) sem causar danos? Sim. Isso seria fixe.
Então que tipo de acelerações pode um corpo humano aguentar? Num episódio anterior de Mythbusters – os saltos de um edifício com um envoltório de bolhas, afirmam que os homens acrobatas apontam para uma aceleração máxima de 10 g’s. Um bom objectivo a visar. A página de tolerância à força g da Wikipédia lista 50 g como “morte provável”. No entanto, também diz que algumas pessoas podem ter sobrevivido a acelerações até 100 g’s. Parece que a duração da aceleração é bastante importante. Uma aceleração de apenas 16 g durante um período de tempo prolongado também pode ser mortal.