Lực G là gì?
Lực G là hình thức biểu diễn lực theo hệ số nhân của trọng lực rơi tự do. Lực G được tính bằng cách lấy gia tốc chuyển động của vật chia cho gia tốc trọng trường của vật đó (g), cho nên lực g có đơn vị chính là g.
Như vậy để tính gia tốc của vật thể chuyển động thì chúng ta lấy Lực G nhân cho gia tốc trọng trường g (g có giá trị xấp xỉ bằng 9,8m/s^2). Để dễ tính toán, ở các ví dụ phía dưới, người viết xin được phép làm tròn g=10m/s^2 giống như trong chương trình học phổ thông.
Ví dụ: Một vật chuyển động với gia tốc 90m/s^2 sẽ có Lực G bằng 9g (=90/10). Ngược lại, một vật thể có Lực G bằng 15g sẽ có gia tốc là 150m/s^2 (=15×10).
Gia tốc trọng trường g
Gia tốc trọng trường, ký hiệu là g, là gia tốc do lực hấp dẫn của Trái đất tác dụng lên một vật ở gần trái đất.
Gia tốc g có thể sai khác một chút tùy vào vị trí của vật so với trái đất, nhưng nhìn chung thì nó bằng khoảng 9,8m/s^2 (mét trên giây bình phương) và thường được làm tròn lên 10m/s^cho dễ tính toán.
Ảnh: Hình ảnh thông số lực G của một chiếc xe F1 khi di chuyển
Lực G khi di chuyển và lực G khi xảy ra va chạm
Nếu một vật rơi tự do thì vật đó chịu một lực G chính bằng gia tốc trọng trường g, tức là 1g. Tuy nhiên đó là lực G khi rơi tự do (di chuyển), chứ không phải là lực G xảy ra va chạm xuống đất. Bởi khi va chạm sẽ xảy ra quy trình giảm tốc từ tốc độ rất cao về 0 trong một thời gian rất ngắn, nên độ hãm tốc (gia tốc âm) rất lớn. Vì thế lực G khi va chạm rất lớn.
Tương tự trong môn đua xe thì các chiếc xe thường có sự thay đổi vận tốc rất lớn và rất nhanh, tính ra lực g mà các tay đua phải chịu có thể bằng 5g hoặc 6g, tức là bằng 5 đến 6 lần gia tốc g (ảnh trên), tuy nhiên nếu không may xảy ra va chạm với hàng rào, do sự giảm tốc về 0 xảy ra trong thời gian cực ngắn nên lực g sẽ tăng lên gấp hàng chục lần, có thể gây nguy hiểm cho người lái.
Tại sao nên dùng lực G?
Trong chương trình học phổ thông thì mọi người đều đã được học lực F (lực Newton). Vậy tại sao còn cần đến khái niệm lực G?
Ví dụ: Một chiếc xe bị tông bằng một lực 160.000 Newton. Tất cả các hành khách đều hoảng loạn.
Nếu bạn đọc một bài báo có tiêu đề như vậy, thì bạn nghĩ mỗi hành khách ngồi trong xe sẽ chịu tác động bao nhiêu Newton.
Chắc bạn sẽ nghĩ rằng mỗi hành khách ngồi trong xe cũng chịu 160.000 Newton luôn đúng không. Nếu vậy thì bạn đã sai, à lộn, lầm rồi.
Bản chất của lực F là hợp lực. Cứ tạm cho chiếc xe có khối lượng riêng 1000kg (1 tấn) và có 10 người trên xe (bao gồm cả tài xế), mỗi người nặng 60kg.
Thì tổng khối lượng của cả chiếc xe và hành khách sẽ là 1000kg+10×60=1.600kg
Theo công thức Newton thì gia tốc của vụ va chạm là a=F/m=160.000/1.600=100m/s^2
Tính ngược lại lực tác dụng vào mỗi hành khách nặng 60kg (giả thiết ở trên) thì mỗi người sẽ chỉ chịu tác động
F=am=100×60=6.000 Newton, chứ không phải 160.000 Newton như đề bài.
Và nếu còn chia ra phần đầu, chân, tay v.v.. thì mỗi bộ phận cơ thể sẽ chịu tác động lực F ít hơn nữa.
Từ ví dụ trên thì việc mô tả một vụ va chạm bằng lực F có thể gây hiểu lầm về độ lớn của lực đối với mỗi phần tử ở phía trong.
Còn nếu sử dụng lực G, do là hệ số nhân nên sẽ giống nhau đối với mọi phần tử.
Cũng ở ví dụ trên, lực G của vụ va chạm = gia tốc của va chạm (chia) cho gia tốc trọng lực = 100/10=10g.
Khi đó, nếu bài báo đưa tin chiếc xe va chạm với lực 10g thì bạn có thể nói những hành khách trong xe cũng chịu tác dụng lực 10g.
Lực G và lực F (lực Newton)
Một ví dụ thực tế khác, ở chặng đua GP Bahrain 2020, chiếc xe của Romain Grosjean tông rào với Lực G=67g. Grosjean nặng 70kg. Hãy tính lực F tác động lên Grosjean.
Cách 1: Tính lực F bằng gia tốc
Gia tốc va chạm của Grosjean là 67×10=670m/s^2.
Theo định luật 2 Newton=>lực lực tác động F=a.m=670×70=46.900N.
Cách 2: Tính lực F bằng lực G
Khi rơi tự do thì trọng lực của Grosjean là 70×10=700N
Lực tác động ở mức 67g=700×67=46.900N
(bài viết đang được cập nhật)