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Como funciona a Força G?


A interação entre a aviação e a física consegue nos proporcionar efeitos únicos, um deles é a chamada “Força G” que dependendo da maneira na qual é usada pode simular a gravidade zero, gravidade negativa ou até a multiplicação do peso. Neste post explicaremos como funciona a física por trás deste efeito fascinante.

Definições

Na física a Inércia é definida como: “resistência que a matéria oferece à aceleração.”

Força: “qualquer agente externo que modifica o movimento de um corpo livre ou causa deformação num corpo fixo“. Dado pela fórmula F=M.A (Força = Massa x Aceleração)

Aceleração: “é a taxa de variação da velocidade em relação ao tempo, ou seja, é a rapidez com que a velocidade de um corpo varia. É uma grandeza vetorial que como tal possui módulo, direção e sentido”

Vetor: é definido por 3 características, força (intensidade/módulo), direção e sentido.

Gravidade: “uma das forças fundamentais, é definido como a curvatura do espaço tempo. No planeta terra a aceleração da gravidade é de 9,8 m/s².”

Aceleração da Gravidade: “é a aceleração de um objeto causado pela força da gravidade.”


Portando, para que um objeto saia da inércia é necessário que uma força haja sobre ele, quando uma força é aplicada sobre um objeto ele passa a ser acelerado, fazendo com que ele se torne um vetor, pois possui intensidade, direção e sentido.


A Gravidade como um Vetor

A gravidade por ser uma força, ter uma direção e sentido, também é considerada uma grandeza vetorial.



Devido ao fato da variação da gravidade ser praticamente inexistente, consideraremos ela aqui como um vetor constante, como o descrito na imagem acima.

A aceleração gravitacional como citado acima é de 9,8 metros/segundo², na aviação chamado de G1 ou 1x a Força da Gravidade, está é a gravidade com a qual estamos acostumados no nosso dia a dia.

Aceleração Gravitacional e a “Força G”

Como vimos a gravidade é um vetor constante, portando não há como experimentar a gravidade zero, negativa ou multiplica-lá enquanto estamos sobre influência da curvatura do espaço-tempo causada pela massa (no caso a massa do planeta terra).

O que é possível é simular os efeitos das mudanças gravitacionais, e para que isso aconteça é necessário compreender a aceleração gravitacional.

A Aceleração da Gravidade é basicamente uma mudança da velocidade em relação ao tempo. Para que haja velocidade é necessário haver uma força impulsionando o corpo (no caso a aeronave), portando, qualquer variação no vetor aeronave, ou seja, mudanças na velocidade, na direção ou sentido, geram por si só uma aceleração gravitacional, mesmo que pequena.

Como já vimos, assim como a gravidade o tempo também é uma constante quase que invariável, deste modo essas acelerações gravitacionais que causam as sensações de gravidade zero, negativa ou sua multiplicação só são possíveis caso o vetor (a aeronave) tenha mudanças em sua direção, sentido ou força.

Mas para que haja uma total compreensão do assunto é necessário explica os tipos de aceleração, antes de entrarmos propriamente em vetores para que haja a compreensão acerca da “Força G”.

Existem 3 tipos de acelerações:

Linear: Reflete uma mudança de velocidade numa linha reta. Este tipo de aceleração      ocorre durante decolagens, pousos, ou em voos de cruzeiro quando a mudança na            potência.

Radial: é o resultado da mudança de direção. Este tipo ocorre quando o piloto faz uma curva muito fechada, mergulha com a aeronave, ou puxa a aeronave para fora de um mergulho.

Angular: é o resultado simultâneo da mudança de velocidade e direção, que ocorre em parafusos e curvas de subida.

Esses 3 tipos de aceleração podem ser experimentadas sobre 3 eixos, chamados de eixos transversal, lateral e vertical, respectivamente designados como: Gx, Gy e Gz. Ou seja o efeito da “Força G sobre” o eixo X, Y e Z.




Gx, Gy e Gz

Gx (Aceleração sobre o eixo transversal da aeronave): este provavelmente é o mais conhecido por nós, um ótimo exemplo pra se citar é quando estamos em um carro e ele arranca, fazendo com que nosso corpo vá para trás. Na aviação podemos citar a decolagem como um momento onde há uma forte aceleração sobre o eixo X.

Gy (Aceleração sobre o eixo lateral da aeronave): este também estamos bem habituados, ainda fazendo um paralelo com o carro, este tipo de aceleração acontece numa curva brusca, quando você se sente sendo jogado para fora do carro, inverso a direção da curva.

Gz (Aceleração sobre o eixo vertical da aeronave): este é a razão do post, é sobre este eixo que uma aceleração gera os efeitos de G negativo, zero e/ou positivo. Em relação ao carro, podemos dizer que ele ocorre quando se sobe um morro ou uma rampa e seu corpo ir em direção ao seu joelho. E na aviação isso ocorre quando há mudanças brucas no pitch da aeronave.

*Apesar da aceleração ser sobre o eixo vertical, para que essa força ocorra o piloto deve exercer força sobre os comandos do eixo lateral da aeronave, ou sobre os profundores, empurrando ou puxando o manche.

Conclusão

Afim de explicar de uma maneira mais simples, siga a imagem abaixo e acompanhe o momento 1, 2, 3, 4 e 5.

No 1, a aeronave está estabilizada sem variações de altitude, velocidade e/ou direção. 

No 2, quando o piloto puxa o manche gerando uma mudança brusca de altitude o efeito da aceleração causa um aumento na “carga g” para 2, pois a aeronave ainda está “carregada” com a força/direção/sentido na qual ela se encontrava. Fazendo com que haja o efeito de G positivo, ou seja, você sente seu corpo sendo pressionado contra a aeronave.

No 3, a aeronave estabiliza e os vetores da gravidade e da aeronave se igualam, se cancelando, fazendo com que tenhamos a percepção de gravidade zero.

*Caso o piloto empurre o manche demais, ocorreria o efeito de G Negativo, quando a pessoa sente sendo lançada pra cima.

No 4, o piloto puxa o manche para recuperar do mergulho, fazendo com que sua altura tenha uma mudança brusca e novamente seja possível experimentar o efeito do G positivo, fazendo com que você sinta seu corpo indo contra o da aeronave.

No 5, a aeronave está estabilizada sem variações de altitude, velocidade e/ou direção. 




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