g kraft

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Eksempel: Tredobling af g- kraften i et fly ved at flyve i en opad buet sti

g -kræfter kaldes belastninger, der virker på menneskekroppen, en vare eller et køretøj på grund af stærke ændringer i størrelse og / eller hastighedsretning. Udtrykket belastningsfaktor bruges også til belastninger på tekniske enheder såsom flyvemaskiner eller til specifikation af lastgrænser. [1] g -kraften er en “ kraft pr. Masse ”, den har derfor dimensionen af en acceleration og er angivet som et multiplum af tyngdeacceleration g . Høje g; kræfter opstår, for eksempel ved kørsel med en rutsjebane , med missilaffyringer eller kollisioner på genstande.

Fysisk grundlæggende

I starten mærker en racerkører en kraft, der - mod accelerationsretningen - presser ham baglæns ind i sit sæde. Denne kraft skyldes, at racerbilen accelereres fremad. Førerkroppen ville hænge bag denne acceleration på grund af dens inerti, hvis den ikke blev trukket med af sædet. Så det, føreren føler, er ikke en egentlig ydre kraft, der skubber ham tilbage i sædet, men hans egen inerti, som er mærkbar her i form af en inertiskraft . Føreren accelereres fremad fra sædet.

Ifølge den mekaniske grundligning oplever førerens krop (masse ) accelerationen når på ham en kraft arbejder. Det fysiske udtryk acceleration kan også betyde deceleration eller retningsændring afhængigt af kraftens retning. Chaufføren er i ro i forhold til sit køretøj. I fysikken taler man om en accelereret referenceramme . For ham er der en ligevægt af kræfter mellem den accelererende kraft og inerti . Inertiskraften er det modsatte af den ydre kraft. Acceleration er derfor velegnet at kvantificere inertialkraften relateret til massen. Her udtrykkes accelerationen ofte som et multiplum af accelerationen på grund af tyngdekraften givet, fordi dette er let at sammenligne med dagligdagens oplevelse: " ”Så det betyder, at den oplevede acceleration er den samme som accelerationen på grund af tyngdekraften, og at træghedskraften derfor er den samme som vægten (på jorden).

Særlige tilfælde

Glat lige acceleration

Når en krop er på linjen fra resten jævnt til hastigheden accelereres, så er dens acceleration:

Dette følger ved at konvertere afstands- og hastighedslovene for den ensartet accelererede bevægelse :

eller.

Den samme formel resulterer i mængden af acceleration i en krop, der er på linjen på hastigheden bremser til nul (se også bremseforsinkelse ).

Eksempler
En bil kører mod en fast væg i 30 km / t, krøllezonen komprimeres med 50 cm. G -kraften er 7 g . Ved 50 km / t og den samme deformationssti er accelerationen næsten 20 g .
Et lig falder til jorden fra en meters højde. Jo mere stiv kroppen og gulvet er, desto højere er g -kraften. Hvis gulvet ikke viger, og kroppen deformeres med 0,1 mm og derefter forbliver, hvor det er, blev det bremset med et gennemsnit på 10.000 g .

Sving

Når en krop med fart krydser en kurve, der er radius så oplever han accelerationen

eksempel
En racerbil kører gennem en kurve med en radius på 160 m ved en hastighed på 200 km / t, så er centripetalacceleration ca. hvad med svarer til.

Eksempler på g -værdier i naturen, teknologien og hverdagen

Maskine eller begivenhed g faktor
Typisk maksimalværdi for et børns gynge [2] 1.000 2,5
Maksimal værdi for Silver Star rutsjebane [3] [4] 1.000 4
Maksimal værdi for en Apollo-kapsel under genindtræden i jordens atmosfære efter en flyvning til månen [5] 1.000 7,19
Gennemsnitlige maksimumværdier for aerobatiske manøvrer (lastvarighed mellem 1,5 og 3 sekunder) [6] 1.000 8
Maksimal værdi for g- kraft, der kan overleve af mennesker uden alvorlige kvæstelser [7] med en gunstig accelerationsretning og en kort accelerationstid (brøkdele af et sekund) 1.0 100
Ifølge Guinness Rekordbog var den højeste målte g- kraft, der blev overlevet af et menneske ( David Purley , 1977) [8] 1.0 180
Kenny Bräcks IndyCar i styrtet på Texas Motor Speedway i 2003 (føreren overlevede) [9] [10] 1,0 214
Størrelsen af ​​stødet fra en kuglepen, der falder fra en meters højde på hårdt underlag og bliver liggende [11] 0 1.000

Virkninger af g -kræfter på menneskekroppen

Koordinatsystem til bestemmelse af retningen af g -kraften

Indflydelsesfaktorer

Effekten af g -kræfter på menneskekroppen afhænger stærkt af effektens retning. Normalt bruges et koordinatsystem som det på billedet til højre. [12] En organisme oplever positive g -kræfter i z -retning, for eksempel når den presses ind i sædet under en indre sløjfe på en rutsjebane; negativt, hvis det løftes ud af sædet under en udvendig sløjfe.

Ud over kræfternes styrke og retning er det også af stor betydning, hvor længe de arbejder. Menneskekroppen kan modstå relativt høje belastninger i kort tid (hvorved "korte" tidsperioder betyder brøkdele af et sekund). [12] Ved langvarige kræfter er der risiko for kredsløbssygdomme selv fra en forholdsvis lav styrke.

Retningsafhængighed af symptomerne

Med positive g -kræfter i z -retning (udøvet af sæde og gulv, accelerere den siddende person opad) er der risiko for, at blodet synker ned i benene. Dette kan føre til synsforstyrrelser eller endda tab af bevidsthed som følge af begrænset cerebral blodgennemstrømning (nedsat bevidsthed ). Dette fænomen er også kendt som g- LOC (" tab af bevidsthed "). [12] Bevidstløsheden går forud for den såkaldte gråtoning og senere mørklægning , som skyldes den utilstrækkelige blodtilførsel til øjets nethinde . For bedre at kunne udholde den belastning, der opstår i kampfly, er deres besætninger udstyret med anti-g dragter , der har til formål at begrænse virkningerne af g- kræfterne ved at komprimere benene ved høje accelerationer. Så snart accelerationskræfterne ikke længere er effektive, er blodcirkulationen i hjernen og øjnene normal igen, og bevidstløshed ophører. Tabellen herunder viser reaktionerne fra den utrænede menneskekrop til forskellige positive g -kræfter i z -retningen (varer flere minutter).

belastning Symptomer [13]
1-2 g ubegrænset tåleligt
2-3 g begyndende indsnævring af synsfeltet
3-4 g rørformet synsfelt, gråtonet
4-5 g mørklægning
5-6 g bevidstløshed

Negative g -kræfter i z -retning (sele trækker folk ned) får blod til at strømme mod hovedet. De er meget sværere at bære af mennesker. Blot to til tre g kan føre til en redout .

I x -retningen (acceleration af den siddende person fremad på grund af lænestolens tryk) tolereres g -kræfter bedre af mennesker, men fører til vejrtrækningsproblemer fra en styrke på 20g. I y -retningen - på tværs af kroppen - på den anden side, hvis hovedet ikke understøttes på siden, er hovedproblemet ofte overbelastning af nakkemusklerne . [12]

Historisk udvikling

Virkningerne af høje g -værdier blev først undersøgt detaljeret i 1946–1948 af den amerikanske læge John Paul Stapp i den amerikanske hærs tjeneste. [12] Som en del af projektet blev han og andre frivillige også accelereret til høje hastigheder på skinnestyrede slæder ved hjælp af raketdrev og bremset med særlige bremseindretninger. Resultaterne af denne forskning bidrog i høj grad til udviklingen af ​​effektive fastholdelses- og redningssystemer.

g -styrker inden for luftfart

Beregning af belastningsfaktoren under et sving afhængigt af bankvinklen θ
g-faktor (er) i sving som en funktion af bankvinkel

For g -styrker, der virker på fly under flyvning, skelnes der mellem manøvrelast og vindstødsbelastning. Vindstødsbelastninger er g -kræfter, der skabes af vindstød, dvs. luftbevægelser, der forårsager en kort ændring i strømningen. Manøvrer belastninger opstår fra flymanøvrer . Udtrykket "lastmultipler" bruges til at definere lastgrænser for fly. Belastningen flere er defineret som et dimensionsløst tal ved forholdet mellem opdriftskraft til vægtkraft : [14]

Hvis man antager, at der ikke er yderligere kræfter, der virker, f.eks. Ved at ændre motoreffekten eller ændre hastigheden på den omgivende luft, svarer belastningsmultiplen n til den g -kraft, der virker på mennesker om bord på flyet. Lastmultipelen er den faktor, hvormed den tilsyneladende vægtkraft på genstande i flyet stiger på grund af yderligere inertiekræfter. [15] For at opnå den tilsvarende g -kraft skal belastningsfaktoren n derfor multipliceres med gravitationsacceleration g . Ved et normalt krydstogt er belastningsfaktoren et multiplum af , svarende til en g -kraft på 1 g . Til gengæld er belastningsfaktoren flere , hvori banken er.

Specifikationen af ​​maksimallastmultipler bruges til at bestemme et flys strukturelle styrke og dermed tilladte flyvemanøvrer. Eksempel: En Beechcraft Bonanza A36 kan belastes med en g-faktor på maksimalt 4,4 med sine landingsflapper tilbagetrukket og maksimal startvægt . [16] Denne belastningsfaktor nås med en bankvinkel på 77 °.

Stødmodstand

En vares modstand mod kortsigtede g -kræfter forårsaget af stød og vibrationer (stød) kaldes stødmodstand. Information om stødmodstand kan ofte findes i datablade til f.eks. Harddiske . G -styrkerne er normalt kun modstået i meget kort tid (størrelsesorden 1 ms ), de angivne grænseværdier gælder ofte kun for en bestemt belastningsform. [17]

Se også

Weblinks

Commons : G -Kraft - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. Diagrammer, der viser afhængigheden af ​​belastningsmultiplerne og sikre lastmultipler af de respektive flyveforhold
  2. Centrifugalaccelerationen, der virker ud over accelerationen på grund af tyngdekraften, kan bruges til en indledende afbøjningsvinkel igennem Beregn.
  3. ^ Nanotribo -kursus om acceleration (PDF; 260 kB) Arkiveret fra originalen den 21. juli 2016. Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.nanotribo.org Hentet 5. februar 2013.
  4. ↑ oplysninger om forlystelsesparker . Hentet 13. marts 2013.
  5. NASA: SP-368 Biomedical Results of Apollo, Chapter 5: Environmental Factors, tabel 2: Apollo Manned Space Flight Reentry G Levels . Hentet 28. marts 2017.
  6. Jeffrey R. Davis, Robert Johnson, Jan Stepanek: Fundamentals of Aerospace Medicine . Lippincott Williams & Wilkins, 2008, ISBN 0-7817-7466-7 , s.   656 . googlebøger
  7. ^ Dennis F. Shanahan, MD, MPH: " Human Tolerance and Crash Survivability , med henvisning til Society of Automotive Engineers. Indy racerbil -kollisionsanalyse. Automotive Engineering International, juni 1999, 87-90. Og National Highway Traffic Safety Administration: Registrering af data om nedbrud af hændelser i bilindustrien "
  8. Craig Glenday: Guinness World Records 2008 . Random House Digital, Inc., 2008, ISBN 0-553-58995-4 , s.   133 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  9. ^ "Virkningen var enorm, men efterlod cockpittet intakt. Det registrerede en rekord på 214 g og efterlod mig alvorligt såret. " ( Memento fra 19. oktober 2014 i internetarkivet ) .
  10. Feel the G's: The Science of Gravity and G -Forces - af Suzanne Slade (side 37)
  11. Gennemsnitlig deceleration, når gulvet eller kuglepen giver 1 mm ved stød. Værdien kan beregnes ved hjælp af accelerationen på grund af tyngdekraften · højde / decelerationsafstand.
  12. a b c d e PDF ( erindring fra 19. august 2014 i internetarkivet ) på csel.eng.ohio-state.edu
  13. ^ Eckhart Schröter: DHV paragliders og drager flyver. Hentet 8. februar 2013 .
  14. Joachim Scheiderer: Anvendt flypræstation. Springer, 2008, ISBN 3-540-72722-1 , s.   51 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  15. Niels Klußmann, Arnim Malik: Lexikon Der Luftfahrt . Springer DE, 2012, ISBN 3-642-22500-4 , s.   158 ( begrænset forhåndsvisning i Google Bogsøgning).
  16. Flyvehåndbog for fly fra Beechcraft Bonanza A36, side 2–11 (åbnes 30. januar 2019)
  17. F.eks. I dette datablad ( erindring om originalen fra 18. juli 2011 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.hitachigst.com (PDF; 196 kB) kun med en halv sinusbølge. Ved permanent eksponering modstår kun en brøkdel af det: 0,67 G "drift" i stedet for 400 G og 3,01 G "ikke-drift" i stedet for 2000 G.