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A. Fuerza G

1. Definición: 

Las fuerzas G no son una medida de fuerza sino una medida intuitiva deaceleración. Está basada en la aceleración que produciría la gravedad terrestre enun objeto cualquiera en condiciones ideales (sin atmósfera u otro rozamiento). Unaaceleración de 1G es generalmente considerado como igual a la gravedadestándar, 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, comouna caída libre o un satélite orbitando la Tierra y de 1G a cualquier objetoestacionario en la superficie de la Tierra al nivel del mar. Aparte de esto, lasfuerzas G pueden ser mayores a 1, como en una montaña rusa, en unacentrifugadora o en un cohete. 

La medición de las fuerzas G se hace por medio de un acelerómetro.

Contenido]

  1 Origen de estas fuerzas  2 Aceleración y fuerzas  3 Ecuación para fuerza G  4 Tolerancia humana

o  4.1 Fuerzas G verticaleso  4.2 Fuerzas G horizontales

  5 Ejemplos de aceleraciones  6 Referencias

2. Origen de estas fuerzas 

La aceleración es un fenómeno familiar para cualquiera que se haya subido a unautomóvil, experimentándose en cada cambio de dirección y velocidad respecto alpunto de referencia. Cuando cambian algunas de estas, se pueden sentir cambioslaterales (de lado a lado) y longitudinales (de adelante hacia atrás).

La aceleración y la fuerza G puede ser expresada en términos más familiares: Unaaceleración 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, lavelocidad varia en 9,80665 m/s (35,30394 km/h).

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Aceleración y fuerzas

.

Tercera ley de Newton: Ley de las fuerzas opuestas.

En 1687 Newton escribió sus conocidas leyes de Newton. En su segunda ley, laley de la aceleración, Newton planteó una ecuación que reducida se escribe comoF=ma. Esta formula enuncia que la Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a laMasa 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 fuerzases 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 tusmanos abajo. Simultáneamente, para levantar tus manos debes aplicar la mismafuerza pero en la dirección opuesta, es decir, hacia arriba. Cuando lanzas unapiedra hacia el suelo, no hay fuerzas que actúan en la dirección contraria, por loque acelerara. Esto esta de acuerdo con la primera ley de Newton: La ley deinercia.

3. Ecuación para fuerza G 

Para calcular la aceleración en m/s2 teniendo fuerza g se debe despejar estasimple ecuación:

F x 9,81 = vel m/s2 

Siendo F la fuerza en G y vel. la velocidad en metros por segundo cuadrado.

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4. Tolerancia humana 

La tolerancia humana depende de la magnitud de la fuerza G, la duración, ladirección, el lugar aplicado y la postura del cuerpo.2 

El cuerpo humano es flexible y deformable (ley de la materia), particularmente lostejidos livianos. Un gran golpe en la cara podría llegar a los cientos de Gs, pero noproduciría ningún daño real; 16G por un minuto puede ser, sin duda, mortal.Cuando hay vibración de por medio, fuerzas Gs relativamente bajas pueden dañarseriamente si se encuentran en la frecuencia de resonancia de los órganos ytejidos.

Hasta cierto grado, la tolerancia a las fuerzas G puede ser entrenable, habiendouna considerable variación entre la resistencia de distintos individuos. Algunasenfermedades, como los problemas cardiovasculares, reducen la tolerancia a las

fuerzas G.

5. Fuerzas G verticales 

Los aviones, en general, ejercen una gran fuerza G en el eje relacionado con subiry bajar. Esto causa una gran variación en la presión sanguínea, la que limita latolerancia máxima. Además, las fuerzas G se pueden ver en un avión de combateo de acrobacia ya que los pilotos se ven expuestos a grandes cambios degravedad con sus movimientos.

En los aviones, las fuerzas G normalmente están orientadas hacia los pies,haciendo que llegue menos sangre al cerebro; causando principalmenteproblemas de visión y al cerebro. Además causa la casi inmovilidad de las

extremidades, ya que deben soportar casi 1000 veces su peso. Mientras que lasfuerzas G aumentan, puede ocurrir un brownout o un grayout, donde la visiónpierde exactitud. Si las fuerzas G aumentan aparecerá la visión de túnel. Si siguenen aumento, se perderá la visión, pero se mantendrá la consciencia. Este punto esllamado "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 quela 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, ambosactuando para devolver la sangre al cerebro, los pilotos modernos puedensoportar hasta 9G (88 m/s2) mantenidos (por un periodo) o más (entrenamientopara altas G).

La resistencia a las fuerzas G negativas, las cuales fuerzan la sangre hacia lacabeza, 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 porque los capilares de los ojos se inflamen o explotan debido a la mayor presión.

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6. Fuerzas G horizontales 

El cuerpo humano está mejor capacitado para resistir fuerzas G horizontales queverticales. Generalmente cuando la aceleración es hacia delante, por lo que lafuerza empuja al cuerpo hacia atrás (coloquialmente "los ojos hacia dentro"3 ),habiendo una mejor tolerancia que cuando es en la dirección contraria ("los ojoshacia afuera"), debido a que los vasos sanguíneos son más sensibles en esadirección.

Recientes experimentos demuestran que las personas sin ninguna clase deentrenamiento pueden llegar a soportar 17G de fuerza G hacia delante,(comparado contra los 12 G máximos de fuerza hacia atrás) por muchos minutossin perder el conocimiento o terminar con daños aparentes.4 

Ejemplos de aceleraciones

Valor(o rango)

Satélites en órbita y pruebas de gravedad cero5  0 g

Superficie de la luna en el Ecuador 0,1654 g

Superficie de la tierra en el Ecuador al nivel del mar. 1 g

Cohete lunar Saturno V recién despegando 1,14 g

Máximo de una Lanzadera espacial durante el despegue y elreingreso a la atmósfera.

3 g

Montañas rusas más veloces6  3,5 –5 g

Apolo 16 en reingreso7

  7,19 g

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Viraje máximo normal en un avión acrobático o un jet de combate. 9 g

Máximo para un humano en un trineo cohete (John Stapp) 46,2 g

Misil Sprint 100 g

Corta exposición de una persona a un choque8  >100 g

Capacidad de absorción de relojes mecánicos

9

 

5.000 –7.500

g

Munición 9 × 19 Parabellum de mano(Largo promedio de una munición)10 

31.000 g

Munición de mano 9 × 19 Parabellum , máximo11  190.000 g

Otros ejemplos:

  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 5 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 -1G), lo que produce la sensación típica que llama la atención a la gente yhace que estas atracciones gusten tanto.

Nota: El récord mundial voluntario que ha resistido el hombre en fuerza G es de82,6 G durante sólo 0,04 segundos.13 

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B. ENERGIA POTENCIAL

É a energia que um corpo possui em virtude de sua posição, ou da posição relativa de suaspartes, em relação a um dado referencial.

Energia potencial gravitacional

h é a altura em que o corpo se encontra em relação a um plano horizontal de referência.

Energia potencial elástica

Em que k é a constante elástica e x, a deformação da mola.

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