قوة g

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
عند الطيران في خط مستقيم في اتجاه افقي يكون الوزن W مساويا للرفع L. أما عند الانحراف المائل للطائرة بزاوية 60°, يزداد الرفع تحت تأثير القوة جي ليصبح مساويا لضعف الوزن L=2W. يعاني راكب الطائرة قوة مقدارها 2g ويصبح وزنه الضعف 2W . وكلما زاد الانحراف تزيد القوة g المؤثرة على الراكب أو مكونات الطائرة.

القوة جي أو القوة g وأحيانا «قوة التسارع» (بالإنجليزية:g-force ) هو تأثر جسم من التسريع ، وهو معاناة رائد الفضاء مثلا أثناء تسريع انطلاق الصاروخ أو معاناة الطيار عندما تنحرف به الطائرة بشدة عن الاتجاه المستقيم . كذلك خلال عملية كبح السيارة تجعلنا تحت تأثير القوة جي لفترة وجيزة حتى تتوقف السيارة، قد يكون مقدار تلك القوة كبيرا أو صغيرا ونعطيها في حالة الكبح إشارة سالبة (-g) ، حيث أن الكبح هو عملية تسريع عكسي ، بمعنى أن السرعة لا تزداد خلاله مع الزمن وإنما تنخفض السرعة مع الزمن ).

القوة في طائرة : (a) أثناء الطيران المستقيم , (b) الطيران المنحني إلى أسفل ثم إلى أعلى .

تعطي القوة جي مقدار معاناة راكب الصاروخ أو الطائرة المقاتلة عند انحرافها السريع عن المسار المستقيم . ويعادل 1g التسارع تحت تأثير جاذبية الأرض ، حيث :

1g \approx \mathrm{9{,}81\frac {m}{s^2}}

في حياتنا العملية نقسم التسارع الحادث ، نقسمه على تسارع الثقالة (عجلة الجاذبية الأرضية) ، فنحصل على التسارع بالنسبة إلى تسارع الثقالة :

g\text{-Factor}=\frac{\text{acceleration}}{\text{gravitational acceleration}}=\frac{a}{g}

لا يصح أن يتزايد التسارع عن 6g حيث يمكن أن يحدث نزيف الأنف عند هذا التسارع إذا استمر طويلا.

تأثير التسارع على الإنسان[عدل]

عرّض الطيار "جون ستاب" إلى 15 جي لمدة 0.6 ثانية ، كما اختبر تحت تأثير 22 جي بملابس خصوصية في عام 1954 تحضيرا للطيران إلى الفضاء. [1]
  • عندما يتعرض شخص لتسارع 2 g يزداد وزنه إلى ضعف وزنه العادي ، (يعادل تسارع بمعدل 6و19 متر/ثانية/ثانية)،
  • عندما يتعرض شخص لتسارع 3 g يقل سريان الدم في الدماغ ، ويؤدي إلى اختلال النظر ،
  • عندما يقع شخص تحت تأثير تسارع مقداره 6 g يصبح وزنه نحو نصف طن ، وهذا ما يعانيه رائد الفضاء أثناء عودته عند انكباح كبسولة الفضاء في جو الأرض .
  • عندما يتعرض شخص عادي لتسارع بين 5 - 6 g يفقد وعيه خلال 15 ثانية .
  • لهذا يلبس الطيارون المقاتلون ملابسا خاصة بها وسائد تنتفخ بالهواء فتمنع تسرب الدم من الدماغ إلى الأطراف ، فلا يفقد الواحد منهم وعيه أثناء المناورات القتالية .
  • عند g 8 يحدث فقدان الوعي وقد يقترن ذلك بكسور في العظام .
  • عند 10 g يحدث الإغماء لحظيا (في أقل من ثانية واحدة) ،
  • عند 14 g تحدث إصابات بالغة الخطورة قد تؤدي إلى الموت .

السفر إلى النجوم[عدل]

يتضح من ذلك أنه إذا عزم الإنسان على السفر بين النجوم فإنه يكون محكوما بمعدل للتسارع ربما لا يتعدى 6 g . وبناءا على ذلك فإنه يحتاج لأزمنة طويلة جدا حتى الوصول إلى أقرب النجوم (أقرب نجم إلى الأرض يقع على بعد نحو 2و4 سنة ضوئية ، وهو النجم قنطور الأقرب ) . أي لو وصلت سرعة الرائد إلى 1/10 سرعة الضوء لاحتاج وقتا قدره 42 سنة للوصول إلى القنطور الأقرب . ومما يجعل تلك الرحلات من المستحيلات أن رائد الفضاء يتعرض خلال تلك الرحلة الطويلة إلى الأشعة الكونية التي تـُلخق بصحته أضرارا وخيمة قد تؤدي إلى الموت ، إذ أنه غادر جو الأرض الذي يحميه من الأشعة الضارة ، ناهيك عن رحلة العودة خلال 42 سنة أخرى. مع العلم بأن سرعة 1/10 من سرعة الضوء هي سرعة تكاد تكون خيالية فهي تعادل نحو 30.000 كيلومتر في الثانية (تبلغ سرعة الصواريخ الحالية نحو 25.000 كيلومتر في الساعة فقط).

حسابات عملية[عدل]

سيارة "دراجستر" القياسية ، تسرع إلى 160 كيلومتر في الساعة خلال 0.86 ثانية . هذا يعادل تسارع أفقي مقداره 5.3 g.

تتحكم السرعة v ومسافة الكبح s في مقدار القوة جي ، وتربطهم العلاقة التالية:

a = \frac{v^2}{2s}

(نحصل على تلك المعادلة من معادلتي الحركة v = a.t ....و s = a/2 t²)

أمثــــــلة

1) سيارة تسير بسرعة 50 كيلومتر في الساعة وانكبحت وتوقفت خلال مسافة كبح مقدارها 14 متر . نريد حساب تسارع الكبح ومقدار القوة جي .

نحسب السرعة بالمتر / الثانية :

50.000 متر في الساعة / (60 . 60 ) = 14 متر/ثانية

التسارع = - 14 . 14 / ( 2. 14 )
التسارع = -7 متر/ثانية/ثانية

(نظرا لأنها عملية كبح نعطيها الإشارة سالبة فيكون التسارع = -7 متر / ثانية /ثانية).

ونحسب القوة g :

- 7 [متر/ثانية/ثانية]/ 8و9 [متر/ثانية/ثانية]
= - 0,7 g

(2) سيارة تسير بسرعة 30 كيلومتر في الساعة واصطدمت بحائط صلب ، وتهشمت مقدمة السيارة مسافة 50 سنتيمتر . القوة جي تعادل هنا 7 g.

(3) سيارة تسير بسرعة 50 كيلومتر/الساعة واصتدمت بحائط صلب ، فقد تصل القوة جي إلى نحو 20 g ، وهي تؤدي إلى الموت غالبا .

(4) سقط جسم من ارتفاع 1 متر على أرض صلبة ، فإذا لم تتأثر الأرض من جراء الاصطدام وتهشم الجسم بمقدار 1 مليمتر تعرض الجسم لقوة جي تعادل 1.000 g .

القوة g في بعض الحالات[عدل]

يجب مراعاة اتجاه التسارع لإشارة المعامل g.

الأفعوانية الخشبية [Colossos] الموجودة في هيدي بارك في شمال ألمانيا.
مقعد قذفي روسي "KM-1".
اختبار مقعد قذفي لطائرة إف - 15 إيغل تابعة للقوات الجوية الأمريكية
الآلة أو الحدث
المعامل g
طائرة (إقلاع) ≈ 0,5
فورمولا 1- (بدء السباق) ≈ 1 – 1,5
أرجوحة أطفال (على الأكثر) ≈ 2,5
طائرة ركاب (طيران منحني [على الأكثر]) ≈ 2
مكوك الفضاء في مدار حول الأرض max. 3
مكوك الفضاء عند العودة والانكباح في جو الارض max. 1,6
صاروخ أطلس 5 إنطلاق المرحلة الأولى max. 4
صاروخ أطلس 5 عند إنطلاق المرحلة الثانية max. 2
صاروخ أطلس 5 (عند انطلاق المرحلة الثالثة وبدء رحلة القمر ) max. 1,6
مقصورة أبولو عند العودة من القمر والكبح في جو الأرض max. 6,4
أرجوحة الكبار (على الأكثر) 4 (6)
فورمول 1 ( في المنحنيات ) ≈ 4 – 5
أفعوانية (في الأسفل عند أداء دورة كاملة Looping) ≥ 6
طائرة مقاتلة/طيران استعراضي (على الأكثر) ≈ 10 (13,8)
كرسي نجاة الطيار 15 – 20
ينكسر مقعد السيارة عند ≈ 20
إصطدام رأسي للسيارة bis ≈ 50
أقصى ما عاشه إنسان ≈ 180
لكمة قوية bis ≈ 100
سقوط قلم حبر على أرضية صلبة 1000
جهاز طرد مركزي معملي صغير ≈ 10.000
جهاز طرد مركزي فائق السرعة ≈ 100.000
إنطلاق رصاصة البندقية ≈ 100.000
انفجار نووي (تطاير الغلاف الفولاذي) bis ≈ 1011

المراجع[عدل]

  1. ^ The Ejection Site: The Story of John Paul Stapp

اقرأ أيضا[عدل]