วิธีการแปลงนิวตันเป็น G-Force

คุณมักจะได้ยินคำว่า G-force ที่ใช้ในบริบทของนักบินอวกาศที่ถูกปล่อยสู่อวกาศ ตัวอย่างเช่น นักบินอวกาศที่กำลังประสบกับแรงสิบ Gs กำลังประสบกับแรงที่เท่ากับ 10 เท่าของแรงโน้มถ่วง ในการแปลงจากแรงใน Gs เป็นแรงในนิวตัน คุณต้องมีข้อมูลสำคัญสองส่วน อย่างแรกคือการเร่งความเร็วเนื่องจากแรงโน้มถ่วงในระบบ MKS (เมตร กิโลกรัม วินาที) เนื่องจากนิวตันเป็นหน่วยของแรงในระบบนั้น ตัวเลขนี้คือ 9.8 เมตร/วินาที². ประการที่สองคือมวลของบุคคล (หรือวัตถุ) ที่ประสบความเร่งเป็นกิโลกรัม สิ่งนี้ลบล้างจุดสำคัญ: วัตถุ (หรือผู้คน) ต่างประสบกับแรง G ที่แตกต่างกัน

การอภิปรายเกี่ยวกับ G-force ซึ่งความแตกต่างระหว่างน้ำหนักและมวลมีความสำคัญเป็นพิเศษ มวลของวัตถุคือความต้านทานเฉื่อยต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะการเคลื่อนที่ มันวัดเป็นกิโลกรัมในระบบ SI ในทางกลับกัน น้ำหนักคือแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นโดยสนามโน้มถ่วงของโลก กฎข้อที่สองของนิวตันบอกคุณว่าแรง (F) เท่ากับมวล (m) คูณความเร่ง (a)

ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลกมักแสดงด้วยตัวพิมพ์เล็ก g สิ่งนี้ทำให้หนึ่ง G ซึ่งเป็นแรงกระทำโดยแรงโน้มถ่วงบนวัตถุใดๆ ในสนามโน้มถ่วงของโลก เท่ากับมวลของร่างกาย (m) คูณความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

สิ่งนี้เกิดขึ้นกับน้ำหนักของร่างกายด้วย ในระบบ MKS น้ำหนักมีหน่วยเป็นนิวตัน โดยที่ 1 นิวตัน = 1 kg-m/s². เมื่อคุณวัดมวลของวัตถุเป็นกิโลกรัมแล้วคำนวณน้ำหนักเป็นนิวตันโดยใช้ค่า 9.8 m/s² สำหรับ g คุณสามารถแปลงเป็น Gs และย้อนกลับได้อย่างง่ายดาย สอง G เท่ากับสองเท่าของน้ำหนักของวัตถุ หนึ่งในสี่ของ G เท่ากับหนึ่งในสี่ของน้ำหนักของวัตถุ เป็นต้น

แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งหมายความว่ามีองค์ประกอบที่มีทิศทาง แรงโน้มถ่วงของโลกจะดึงวัตถุเข้าหาศูนย์กลางของโลกและพื้นผิวโลกเสมอ ออกแรงเท่ากันในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อป้องกันไม่ให้ทุกสิ่งบนพื้นผิวตกลงสู่ ศูนย์. นักฟิสิกส์เรียกสิ่งนี้ว่าแรงตั้งฉาก และมันสร้างความรู้สึกของน้ำหนัก ทุกร่างบนผิวโลกมีแรงตั้งฉาก 1 G

นักบินอวกาศที่เร่งความเร็วสู่อวกาศจะได้รับแรงปกติเพิ่มเติมที่เกิดจากพื้นของเรือจรวด ซึ่งทำให้รู้สึกถึงน้ำหนัก เมื่อคำนวณแรง G ขึ้นไป คุณจะต้องเพิ่ม 1 G ให้กับแรงขับที่เกิดจากยานที่คุณอยู่ เพราะเมื่อยานหยุดนิ่ง คุณจะยังคงพบกับแรงปกติ 1 G

นักบินในเครื่องบินเจ็ตที่เร่งความเร็ว ไม่ใช่เพียงแค่ตกลงไปบนพื้นโลกจะรู้สึกถึงแรงในทิศทางตรงกันข้ามกับที่กระทำโดยพื้นผิวโลก แรงนี้จะยกเลิกแรงตั้งฉากที่เกิดจากพื้นยานก็ต่อเมื่อความเร่งมากกว่า g คุณต้องลบ 1 G จากแรง G ทั้งหมดที่สร้างโดยยานเร่งเข้าหาพื้น