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Las fuerzas G no son una medida de fuerza sino una medida intuitiva de aceleración. Está basada en la aceleración que produciría la gravedad terrestre en un objeto cualquiera en condiciones ideales (sin atmósfera u otro rozamiento). Una aceleración de 1G es generalmente considerado como igual a la gravedad estándar, que es de 9.80665 metros por segundo cuadrado (m/s2).1
La fuerza G para un objeto es de 0G en cualquier ambiente sin gravedad, como una caída libre o un satélite orbitando la Tierra y de 1G a cualquier objeto estacionario en la superficie de la Tierra al nivel del mar. Aparte de esto, las fuerzas G pueden ser mayores a 1, como en una montaña rusa, en una centrifugadora o en un cohete.
La medición de las fuerzas G se hace por medio de un acelerómetro.
Origen de estas fuerzas
La aceleración es un fenómeno familiar para cualquiera que se haya subido a un automóvil, experimentándose en cada cambio de dirección y velocidad respecto al punto de referencia. Cuando cambian algunas de estas, se pueden sentir cambios laterales (de lado a lado) y longitudinales (de adelante hacia atrás).
La aceleración y la fuerza G puede ser expresada en términos más familiares: Una aceleración de 1G es la variación de la velocidad en aproximadamente 35 km/h (22 mph) por cada segundo. Un automóvil de alto rendimiento puede frenar (desacelerar) a aproximadamente 1G. Esto significa que un automóvil que viaje a 105 km/h (66 mph) y frene en 1 segundo experimentará una fuerza de 3G.
La expresión “1G= 9,80665 m/s2” significa que por cada segundo que pasa, la velocidad varia en 9,80665 m/s (35,30394 km/h).
Aceleración y Fuerzas
En 1687 Newton escribió sus conocidas leyes de Newton. En su segunda ley, la ley de la aceleración, Newton planteó una ecuación que reducida se escribe como F=ma. Esta formula enuncia que la Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la Masa multiplicado por la Aceleración.
En la tercera ley de Newton, la ley de las fuerzas opuestas, dice:
3 ley de Newton: Todas las fuerzas ocurren en pareja, y cada una de esas fuerzas es igual a la otra, solo que en sentido opuesto.
Para Newton (y para todos nosotros), su tercera ley determinaba que la gravedad actuando hacia abajo no era la única fuerza que actuaba para mantener tus manos abajo. Simultáneamente, para levantar tus manos debes aplicar la misma fuerza pero en la dirección opuesta, es decir, hacia arriba. Cuando lanzas una piedra hacia el suelo, no hay fuerzas que actúan en la dirección contraria, por lo que acelerara. Esto esta de acuerdo con la primera ley de Newton: La ley de inercia.
Ecuación para fuerza G
Para calcular la aceleración en m/s2 teniendo fuerza g se debe despejar esta simple ecuación:
F x 9,81 = vel m/s2
Siendo F la fuerza en G y vel. la velocidad en metros por segundo cuadrado.
Tolerancia humana
La tolerancia humana depende de la magnitud de la fuerza G, la duración, la dirección, el lugar aplicado y la postura del cuerpo.2
El cuerpo humano es flexible y deformable (ley de la materia), particularmente los tejidos livianos. Un gran golpe en la cara podría llegar a los cientos de Gs, pero no produciría ningún daño real; 16G por un minuto puede ser, sin duda, mortal. Cuando hay vibración de por medio, fuerzas Gs relativamente bajas pueden dañar seriamente si se encuentran en la frecuencia de resonancia de los órganos y tejidos.
Hasta cierto grado, la tolerancia a las fuerzas G puede ser entrenable, habiendo una considerable variación entre la resistencia de distintos individuos. Algunas enfermedades, como problemas cardiovasculares, reducen la tolerancia a las fuerzas G.
Fuerzas G verticales
Los aviones en general, ejercen una gran fuerza G en el eje relacionado con subir y bajar. Esto causa una gran variación en la presión sanguínea, la que limita la tolerancia máxima.
En los aviones, las fuerzas G normalmente están orientadas hacia los pies, haciendo que llegue menos sangre al cerebro; causando principalmente problemas de visión y al cerebro. Mientras que las fuerzas G aumentan, puede ocurrir un brownout o un grayout, donde la visión pierde exactitud. Si las fuerzas G aumentan aparecerá la visión de túnel. Si siguen en aumento, se perderá la visión, pero se mantendrá la consciencia. Este punto es llamado “blacking out”. Pasado este punto, se llegará a la pérdida de conciencia, conocido como G-LOC (LOC por pérdida de la conciencia en inglés). Mientras que la tolerancia varía, una persona normal puede resistir 5G (49 m/s2) antes del G-LOC, pero con trajes antigravedad y técnicas de tensado de músculos, ambos actuando para devolver la sangre al cerebro, los pilotos modernos pueden soportar hasta 9G (88 m/s2) mantenidos (por un periodo) o más (entrenamiento para altas G).
La resistencia a las fuerzas G negativas, las cuales fuerzan la sangre hacia la cabeza, es mucho menor. El límite promedio es de -2G a -3G (-20 m/s2 a -30 m/s2). La visión de la persona se torna roja, (red out). Esto es probablemente por que los capilares de los ojos se inflamen o explotan debido a la mayor presión.
Fuerzas G horizontales
El cuerpo humano esta mejor capacitado para resistir fuerzas G horizontales que verticales. Generalmente cuando la aceleración es hacia delante, por lo que la fuerza empuja al cuerpo hacia atrás (coloquialmente “los ojos hacia dentro”3 ), habiendo una mejor tolerancia que cuando es en la dirección contraria (“los ojos hacia afuera”), debido a que los vasos sanguíneos son más sensibles en esa dirección.
Recientes experimentos demuestran que las personas sin ninguna clase de entrenamiento pueden llegar a soportar 17G de fuerza G hacia delante, (comparado contra los 12 G máximos de fuerza hacia atrás) por muchos minutos sin perder el conocimiento o terminar con daños aparentes.4
Al detectar 3Gs saltan los airbag.
Un caza en un giro puede producir 7 Gs. Para compensar la fuerza se utilizan trajes anti-G .
Un automóvil de Fórmula 1 puede producir en frenada 5 G, y 3 G laterales en las curvas.
Un coche de calle en una frenada de emergencia produce alrededor de 1 G.
Robert Kubica, en su brutal accidente en el GP de Canadá de F1 en 2007, sufrió un pico de 75 G durante un milisegundo.12
Ralf Schumacher en Indianápolis sufrió un brutal accidente, del que salió sin graves problemas, pero con un pico de 72 G.
En un viaje en montaña rusa se producen rápidos cambios entre G positivas (a menudo se suelen alcanzar sobre las 4 G) y negativas (sobre -1 G), lo que produce la sensación típica que llama la atención a la gente y hace que estas atracciones gusten tanto.
Nota: El récord mundial voluntario que ha resistido el hombre en fuerza G es de 82,6 G durante sólo 0,04 segundos.
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