Análisis Técnico – Fuerzas G

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Una fuerza física equivalente a una unidad de gravedad multiplicada durante los cambios rápidos de dirección o velocidad. Los pilotos experimentan severas fuerzas G cuando toman una curva, aceleran o frenan.

La fuerza G es una medida de aceleración de un objeto expresado en G’s. Es proporcional a la fuerza de reacción que un objeto experimenta como resultado de esta aceleración o, más correctamente, como resultado del efecto neto de esta aceleración y la aceleración impartida por la gravedad natural.

La fuerza G no es una medida absoluta de la fuerza y el término está mal considerado por algunos.

La fuerza G tampoco es una unidad del Sistema Internacional igual que la aceleración nominal de la gravedad terrestre a nivel del mar (gravedad estándar), que está definida en 9,80665 m/s al cuadrado. Esta gravedad se escribe en minúsculas y en cursiva, para distinguirla del símbolo G y del gramo.

El análisis de las fuerzas G son importante en varios campos científicos e ingenieros, especialmente en ciencias planetarias, astrofísica, ingeniería espacial, y la ingeniería de distintas máquinas, como aviones de combate, coches de carrera y grandes motores.

Los seres humanos pueden tolerar determinadas fuerzas G en un milisegundo. Una bofetada en la cara supone varios cientos de G localmente, pero no produce daño real. Sin embargo, las aceleraciones por encima de 16 G durante un minuto puede ser mortal, o dejar secuelas permanentes.

Existe una variación considerable entre los individuos en lo que respecta al aguante de fuerzas G, sin embargo, los pilotos de carreras han sobrevivido aceleraciones instantáneas por encima de los 214 G’s durante accidentes.

Hasta cierto punto, la tolerancia a la aceleración puede ser entrenable, y también hay una variación innata en la habilidad entre personas, mencionado anteriormente. Además, algunas enfermedades, particularmente, los problemas cardiovasculares, reducen la tolerancia a estas aceleraciones. En experimentos con cohetes diseñados para probar los efectos de las altas aceleraciones en el cuerpo humano, el coronel John Stapp en 1954 experimentó 46,2 G’s durante unos cuantos segundos.

Por lo normal, aceleraciones más allá de las 100 G, incluso siendo momentáneas, son fatales. En la vida diaria, los seres humanos experimentan fuerzas superiores a 1 G. Una tos típica produce temporalmente 3,5 G, mientras que un estornudo produce 2 G de aceleración. Las montañas rusas, normalmente, están diseñadas para no exceder de 3 G, no obstante, una notable excepción produce hasta 6,7 G.

Por ejemplo, una montaña rusa con altas percepción de G, es lo mismo que lo que siente un piloto cuando sube una curva ascendente, donde los pilotos creen que pesan más de lo normal. Esto se invierte al contrario, cuando es una bajada, donde uno siente que pesa menos, o incluso no pesa.

Ligeros incrementos en fuerzas G se experimentan en cualquier maquinaria en movimiento, como coches, trenes, aviones y ascensores. Los astronautas en órbita experimentan 0 G, llamada ingravidez, o gravedad cero.

La relación entre fuerza y aceleración pertenece a la segunda ley de Newton:

F = ma, donde la ‘F’ es fuerza, ‘m’ es masa y ‘a’ es aceleración.

Esta ecuación muestra que cuanto mayor sea la masa de un objeto, mayor fuerza experimentará bajo la misma aceleración. Esto significa que un objeto con diferentes masas, experimentarán identicas fuerzas G, pero fuerzas de diferentes magnitudes. Por esta razón, la fuerza G no puede ser considerada una medida de fuerza en términos absolutos.

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Las fuerzas G varían en diferentes planetas o cuerpos celestes. Cuando un cuerpo tiene mayor masa, produce mayor campo gravitacional, resultante de las fuerzas G. La fuerza G en la Luna es 1/6 G, en Marte sobre 1/3 G. En Deimos, satélite de Marte, con sólo 13 kilómetros de diámetro, la fuerza G experiementada es de 4 entre 1 x 10 elevado a menos 5.

Por el contrario, en la superficie de Júpiter se perciben 2,5 G. Es menos de lo que parece porque la baja densidad que Júpiter causa a la superficie dista mucho de la gran concentración de masa que existe en el núcleo del planeta.

En la superficie de una estrella de neutrones, una estrella degenerativa con una densidad similar a un núcleo atómico, la gravedad de la superficie está en torno a 2 x 1011 y 3 x 1012 G’s.

En la industria aeroespacial, la aceleración es una unidad conveniente para especificar la carga máxima que aeronaves y naves espaciales son capaces de transportar. Aviones ligeros de formación de pilotos (catergorizados como servicios públicos) deben ser capaces de soportar 4,4 G, con las ruedas de aterrizaje recogidas. Aviones de pasajeros y otros aviones de transporte deben ser capaces de aguantar 2,5 G, y los aviones militares y pilotos profesionales (especialmente los de combate) deben soportar más de 9 G.

Aceleraciones a corto plaza, medidas en milisegundos, referidas como choques también se suelen calcular en fuerzas G. El impacto que un dispositivo o un componente requiere aguantar, debe estar especificado en G. Por ejemplo, los relojes de pulsera deben soportar 7 G, los cohetes entrando en la atomósfera terrestre, 50 G y los GPS/IMU para proyectiles de artillería militar deben resistir 15.500 G para sobrevivir a la aceleración de disparo.

En la indistria del automóvil, las fuerzas G es principalmente empleada en relación a la aceleración en curva y análisis de impacto.

El piloto de NASCAR, Jeff Gordon, sufrió la tercera mayor colisión recordada en NASCAR en 2006, en las 500 millas de Pensilvania, en el circuito de Pocono, padeciendo fuerzas de 64 G. Gordon informó que fue el golpe más duro que jamás había sentido en un coche.

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El piloto de Indy Car, Kenny Bräck, chocó en la vuelta 188 en la carrera del circuito de velocidad de Texas en 2003. Bräck y Tomas Schekter se tocaron rueda a rueda, enviando a Bräck al aire a más de 320 km/h, golpeando una viga de soporte. De acuerdo con la telemetría del coche de Kenny, el golpe fue de 214 G.

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Los pilotos de Fórmula Uno, normalmente, experimentan 5 G, mientras frenan, 2 G en aceleración y de 4 a 6 G durante una curva. Cada monoplaza de Fórmula 1, tiene una grabadora de datos de accidentes (ADR) instalada, que memoriza la velocidad y las fuerzas G. Conforme con la FIA, Robert Kubica, en su BMW Sauber F1.07 durante el impacto del Gran Premio de Canadá de 2007, sufrió 75 G.

El piloto de Fórmula Uno, David Purley, sobrevivió a un accidente de 179,8 G en 1977 cuando deceleró desde 173 km/h sobre una superficie de 66 cm, después de que el acelerador se quedara atascado impactando contra una pared.

1977DavidPurley

Fuentes: formula1-dictionary, car bibles, google

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