Wat wil “g-kracht” zeggen?

De g-kracht geeft aan hoeveel keer je je eigen lichaamsgewicht moet kunnen weerstaan. Bijvoorbeeld: Stel dat je lichaam een vertraging van 1 g in verticale richting ondervindt. Dan betekent dit dat je je eigen lichaamsgewicht bovenop je schouders meedraagt. 1 g geeft een vertraging a van 9,81 m/s2 aan. Omdat de valversnelling g (aantrekkingskracht van de aarde) ook 9,81 m/s2 is.

Waar kom je g-krachten tegen?

In de autotechniek kom je g-krachten onder andere tegen bij Formule 1, “Cornering Brake Control”, ongelukken, of bij het type “V” motorblokken. Dit laatste om bij extreme bochtsnelheden door middel van een elektrisch aangedreven pomp de olie uit de cilinderkop terug te pompen naar het oliecarter.

Er wordt in de techniek gesproken over g-krachten in x, y en z-as. Respectievelijk: de langsrichting, dwarsrichting en in verticale richting.

Bij welke g-kracht is er kans op lichamelijk letsel?

Halverwege jaren 50 van de vorig eeuw worden de eerste botsproeven gedaan om te onderzoeken welk effect het menselijk lichaam heeft op een plotseling sterke vertraging. Bekijk het filmpje hieronder en je gaat voorzichtiger aan het verkeer deelnemen. Hier ervaart de g-kracht pionier een piek van 43 g. Voor de langere duur van 1100 msec. een vertraging 25 g. De snelheid die tijdens de test wordt bereikt is 1011 km/uur.

Het menselijk lichaam kan veel aan. Een constante vertraging van 16 g voor een tijdsduur van minuut kan overigens de dood tot gevolg hebben.

Het menselijk lichaam is beter in staat een versnelling dan een vertraging te ondergaan.

Bij een te grote vertraging treedt oogletsel op. De pionier uit het filmpje heeft de rest van zijn leven een visuele beperking gehouden.

De meneer in het filmpje welke wordt geinterviewd zegt ook: "When they ask you: Don't volunteer!"

Youtube: What is it like to Pull 43 G's and 83 G's History Channel

 

3 botsingen tijdens één aanrijding!

Hoe is het mogelijk om te spreken over 3 botsingen tijdens één aanrijding. Het antwoord is simpel: de 1e botsing is tegen het obstakel, de 2e treedt op wanneer het lichaam tegen de gordel of airbag aankomt en de 3botsing treedt op wanneer de organen tegen de beschermende delen van het lichaam komen. Bekijk hieronder het filmpje: Understanding Car Crashes: When Physics Meets Biology

 

Crashtest dummy

Crashtest dummy's zijn complex en kostbaar...

 

Hoe is de impact van de crash verdeeld?

 

Hoe bereken je de g-kracht ten tijde van een botsing?

Voorbeeldberekening

Wat is eigenlijk de “impact” tijdens een aanrijding?

Het berekenen van de optredende g-kracht tijdens een aanrijding is interessant om te weten hoe groot de kracht is die je lichaam ondervindt.

Bekijk hieronder het filmpje van een crashtest van de BMW 3 serie 2010. Hier is te zien dat in het begin van de aanraking met de muur de klok van 0 af begint te lopen.

Verzamel de volgende gegevens bij het zien van het filmpje:

  1. In hoeveel milliseconden wordt de auto afgeremd?
  2. Bij welke snelheid vindt de crashtest plaats?

Verzamelde gegevens:

Als de auto volledig tot stilstand is gekomen staat de tijd op 66 msec. De test is met 35 Mph uitgevoerd. In m/sec. is dit 35 x 1,609 x 1000 : 3600 =  15,64 m/sec.

Bedenk dat als de aanrijding tussen 2 rijdende auto's passeert, de snelheid van de auto's gehalveerd wordt naar ? km/uur om tot dezelfde impact te komen.

Vragen:

  1. Bereken hoeveel de auto korter wordt in cm.?
  2. Bereken de vertraging a van de auto in m./sec2
  3. Hoeveel g is dit?

Uitwerking vragen:

 

Benodigde formules:

Uitwerking:

  1. De auto rijdt met een beginsnelheid van 15,64 m/s. op het moment van de botsing. De eindsnelheid is 0 m/s.
    Een gemiddelde snelheid van 15,64 : 2 = 7,82 m/s.
    De gehele botsing vindt plaats in een tijd van 66 milliseconde = 0,066 sec.
    s = v x t   7,82 x 0,066 = 0,516 m.
    De auto deformeert dus over ? cm.
  2. De vertraging a bereken je met de formule:
    s = ½ x a x t2
    0,516 = ½ x a x 0,0662
    0,516 = 0,002178 x a
    a = 0,516 : 0,002178 = 236,9 m/s2
     
  3. De g kracht bereken je door in dit geval een vertraging a te delen door de valversnelling g (9,81 m/s2.)
    g-kracht = a : g
    236,9 : 9,81 = 24,15 g
    Dit is de gemiddelde g-kracht. Er zijn pieken die vele malen groter zijn dan het berekende gemiddelde.

 

Oefenopgave g-krachtberekening

In het filmpje hieronder over de “crashtest bij 200 km/uur" kun je de berekeningen een keer zelf oefenen. Verzamel de gegevens die je nodig hebt om de berekeningen te kunnen maken en let op: de snelheid zoals in de naam is genoemd klopt niet. Die kun je horen in het filmpje zelf. De g-kracht die wordt genoemd is de piek tijdens de crash. Houdt er rekening mee dat bij deze manier van berekenen altijd de gemiddelde g-kracht de uitkomst is.

  1. Met welke exacte snelheid wordt deze test uitgevoerd?
  2. Zoek precies op hoeveel meter 1 mile is?
  3. In hoeveel milliseconden staat de auto stil?
  4. Bereken hoeveel de auto korter wordt in cm.?
  5. Bereken de vertraging a van de auto in m./sec2
  6. Hoeveel g is dit?
    Als je hier uitkomt op een antwoord van 80,3g is de rest ook goed beantwoord.

 

Monocoque in formule 1

In de jaren 80 van de vorige eeuw was de techniek om de formule 1 coureur te beschermen niet zo ver.

Bekijk het korte filmpje van een Brabham crashtest.

 

Tegenwoordig doet men veel om de coureur te beschermen. De technieken worden steeds beter. Innovatieve materiaalstructuren en simulatiemodellen dragen hier hun steentje bij.

Bekijk hieronder het filmpje over de crashtest van de monocoque. De test is van kalenderweek 36, 2012 zoals het gele plaatje vermeld. Met 46 km/uur wordt de crashtest uitgevoerd.

Wil je meer weten over carbon fibre en de crashbestendigheid, ga naar het artikel over carbon fibre.