ESTUDIO DEL MOVIMIENTO Y LAS ALTAS ACELERACIONES–PARTE I

El movimiento del hombre en el espacio tiene una serie de repercusiones sobre su organismo. Antes de proceder a su estudio examinaremos unos conceptos basados en las leyes físicas que rigen el movimiento y las aceleraciones.

Tipos de aceleración	Variación de la velocidad	Variación de la dirección
Lineal	Si	No
Radial	No	Si
Angular	Si	Si

Aceleración lineal

Se define como la variación de la velocidad por unidad de tiempo a lo largo de una trayectoria rectilínea. Es decir, el factor dirección permanece inalterado. Este término abarca tanto el aumento como la disminución de la velocidad (deceleración), lo que se produce en colisiones extremas (contra el suelo). Si expresamos esta aceleración de forma matemática tendremos que:

Aceleración lineal = (Velocidad final – Velocidad inicial) / Tiempo

En el hombre estas aceleraciones son de suma importancia, sobre todo, cuando se realizan en:

-Despegues y aterrizajes.
-Despegues con catapulta en portaaeronaves.
-Lanzamiento y reentrada de los vehículos espaciales.

 

Es la que se produce cuando, sin modificar la velocidad del desplazamiento, se varía la dirección del mismo, siendo ocasionada por la fuerza centrípeta dirigida hacia el centro de la circunferencia sobre la que se produce el movimiento. En el momento que dejara de actuar la fuerza centrípeta dejaría de actuar la aceleración radial por lo que el objeto se desplazaría con un movimiento uniforme siguiendo la tangente a la circunferencia. Esta aceleración es expresada matemáticamente de la siguiente forma:

Aceleración radial = Velocidad2 / Radio de giro

El eje de rotación se sitúa alejado del cuerpo del piloto.

En aviación podemos encontrarlas:

-Cada vez que se modifica la línea de vuelo.
-En virajes cerrados, salida de los picados.
-En el curso de entrenamiento en centrífuga humana, en la que el radio no varía.

Aceleración Angular

Implica la modificación de los dos parámetros que caracterizan al desplazamiento, dirección y velocidad. Se distingue de la aceleración radial en que el eje de rotación pasa por el cuerpo del piloto o en su proximidad.

Podemos encontrarlas en ciertas maniobras de acrobacia, en las barrenas, variaciones bruscas de la trayectoria del avión, vuelo entre nubes, y con motivo de los giros que sobre su propio cuerpo experimentan los paracaidistas en la fase de caída libre antes de la apertura del paracaídas.

Independientemente de cómo se generen las aceleraciones, para valorar los efectos de las mismas sobre el hombre, tendremos que tener en cuenta:

1.- La intensidad.
2.- El tiempo de exposición de las mismas.
3.- La dirección en la que éstas actúan sobre el organismo.

El peso de un objeto es el producto de su masa por la aceleración a la que se somete expresada con respecto a la gravedad terrestre en unidades G. Como la masa de una persona u objeto es una cantidad constante, su peso que es una forma de fuerza estará, conforme a la segunda Ley de Newton, en función de la fuerza gravitatoria a la que se exponga. Así pues, un hombre que tenga una masa de 70 Kg. a nivel de la superficie terrestre cuando se exponga a una fuerza de 8 G pesará 560 Kg. (ocho veces superior) y, cuando una persona abandone la gravedad terrestre en una aeronave espacial, exponiéndose a microingravided, el peso de su cuerpo puede ser insignificante en comparación con el que tenia en la superficie terrestre.

2.- El tiempo de exposición es determinante sobre el organismo humano. Así, una determinada intensidad de G, que puede ser tolerada sin ningún tipo de secuelas durante una fracción de segundo, puede producir la muerte cuando su efecto se prolonga durante varios segundos.

Dependiendo del tiempo de actuación de las fuerzas G, las aceleraciones serán de:

– Duración corta: actúan sobre el cuerpo durante periodos inferiores a 0.5 segundos. Pueden ser responsables de todo tipo de lesiones según la resistencia del área del cuerpo sobre la que actúen y dependen de la intensidad de variación de velocidad.
– Duración intermedia: actúan entre 0.5 y 2 segundos. Son comunes en ciertas maniobras militares como en el escape asistido de aviones mediante sillón de eyección, o en el despegue catapultado desde portaaeronaves. Las deceleraciones de corta duración son características de los accidentes. Su tolerancia está en función de la intensidad máxima de G y del tiempo empleado en conseguirla.
– Duración larga: se prolongan durante más de 2 segundos, pudiendo llegar a más de un minuto. Se producen en el curso de las maniobras de vuelo de los aviones de combate y en el lanzamiento y reentrada de los vuelos espaciales.

 

 

La tolerancia a una determinada intensidad de aceleración es mayor cuanto menor sea la duración de la misma. De la misma manera, el grado de sujeción del sujeto y la dirección en que la fuerza actúa sobre el individuo, condicionan el grado de tolerancia.

El término aceleración sostenida es aplicado cuando ésta es mantenida más de 15 segundos, lo que requiere una serie de medidas de protección activas y pasivas.

La velocidad de comienzo de las aceleraciones (onset-rate) traduce la variación de número de G con respecto al tiempo, expresándose en G por segundo.

Según que el incremento de las aceleraciones sea inferior o superior a 1 G/seg., éstas se clasifican en aceleraciones de comienzo gradual (incremento inferior a 1 G/seg.), y comienzo rápido (incremento superior a 1 G/seg.), las graduales se toleran mejor por adaptarse mejor el sistema cardiocirculatorio, en cambio, son peor toleradas las de comienzo rápido.

La dirección es la determinante de los efectos sobre el organismo. Cuando se produce una aceleración se genera una fuerza de inercia igual y de sentido contrario (tercera Ley de Newton) que es la que actúa sobre el organismo humano.

3.- Para clasificar las aceleraciones según la dirección tendremos en cuenta cómo la dirección de la fuerza de inercia actúa sobre nuestro organismo, tomando como referencia un sistema de coordenadas cuyo eje vertical (Z) coincida con el longitudinal del cuerpo humano en posición de bipedestación (de pie) o sentado (postura en la que el piloto está en la cabina del avión).

• ACELERACIONES (+Gz)

. Longitudinales positivas. En ellas la fuerza de inercia resultante de la aceleración actúa a lo largo del eje longitudinal comprimiendo tejidos y desplazando fluidos en la dirección de la cabeza hacia el asiento. Se originan en el curso de giros cerrados, en las maniobras de recuperación de picados y en el curso de eyección de aeronaves en línea de vuelo. Son de gran importancia por exponer al piloto a situaciones fisiológicas extremas que pueden producir su incapacitación.

• ACELERACIONES (-Gz)

. Longitudinales negativas. En ellas la fuerza de inercia actúa de forma ascendente del asiento a la cabeza del piloto. Se originan en los picados y en las maniobras de looping externos. Aunque los efectos son peor tolerados que las +Gz la capacidad de los aviones de generar -Gz es muy inferior en intensidad y en tiempo, por lo que en la práctica no suelen producir problemas fisiológicos serios.

• ACELERACIONES (+Gx)

. Transversales positivas. En ellas la fuerza de inercia actúa en sentido antero-posterior, perpendicular al eje longitudinal del cuerpo. Se producen al acelerar manteniendo la línea de vuelo, y en el curso de los despegues sobre todo cuando se realizan con ayuda de catapulta en portaaviones, astronautas en sus lanzamientos (decúbito supino) exponiéndose por tanto a aceleraciones transversales positivas de larga duración.

• ACELERACIONES (-Gx)

. Transversales negativas. La fuerza de inercia actúa en sentido postero¬anterior perpendicular al eje longitudinal del organismo. Se producen en deceleraciones lineales tales como en aterrizajes asistidos en cubiertas de portaaviones y en la reentrada de las naves espaciales, si bien en algunas de ellas, como en la lanzadera espacial, lo que se generan son aceleraciones longitudinales positivas al regresar a la atmósfera terrestre. Sus efectos dependen en gran medida del grado de sujeción del sujeto.

• ACELERACIONES (+/-Gy)

. Laterales. Tienen escasa importancia en aviación. En aviones experimentales con capacidad de desplazarse lateralmente pueden exponer al piloto a Gs laterales. Cuando la reacción inercial actúa de derecha a izquierda se denominan Gs laterales positivas (+Gy ) y, cuando es de izquierda a derecha, se habla de Gs laterales negativas, ( -Gy ).

La resistencia media del hombre a las aceleraciones según la dirección y duración es +Gx, -Gx, +/-Gy, +Gz, -Gz.

Las fuerzas gravitatorias en el curso del vuelo nunca son puras; suelen modificarse según las variaciones de velocidad y dirección del avión en línea de vuelo y, especialmente, en el transcurso de maniobras. Además, la reacción inercial frente a la aceleración se suma a la gravedad constante modificando instantáneamente la fuerza resultante que es la que actúa sobre el piloto.

En el caso de que un avión describa en su trayectoria una circunferencia en el plano vertical (looping) con una aceleración radial constante de 1 G, cuando se encuentre en la parte baja de la circunferencia, la fuerza de la gravedad se añade a la centrífuga del mismo sentido, causada por la aceleración, produciéndose 2 G, porque la resultante será la suma. Cuando el avión esté en la parte alta de la circunferencia, la fuerza centrífuga y la de la gravedad son opuestas, por lo que la resultante será nula.

En el próximo artículo de esta serie de movimiento y aceleraciones, veremos de que manera puede un piloto protegerse frente a las aceleraciones, estudiando los dispositivos que existen para ello.