Una tuta anti-G è parte fondamentale dell'equipaggiamento di (alcuni) piloti militari e astronauti. Forse non ne avete mai sentito parlare perché si tratta di una soluzione tecnica ad un problema un po' particolare. La tuta anti-G permette ai piloti non perdere coscienza mentre sono in alta quota a causa della cosiddetta "forza G".
Si tratta di una specie di pantalone con tante tasche che si indossa sopra la classica tuta. Queste tasche saranno riempite di aria o di liquido e aiuteranno il pilota a sopportare gli alti livelli di accelerazione. Ma quali sono esattamente le sue caratteristiche?
G-Loc o "visione nera"
La tuta anti-G nasce intorno alla metà del ‘900. A partire dal 1917 è stato infatti documentato un fenomeno particolare che avveniva ai piloti di caccia militari. Questi piloti, nell'effettuare delle manovre particolari perdevano coscienza mentre erano alla guida. Si inizia a parlare del fenomeno G-Loc.
G-Loc sta per G Induced Loss of Counciousness, ossia perdita di coscienza causata dalla forza G.
Praticamente il sangue defluisce dal cervello per confluire nelle zone inferiori del nostro corpo: le gambe. E quando il sangue non arriva al cervello di un pilota in volo è un grosso problema, perché ne provoca lo svenimento nella migliore delle ipotesi. Infatti la G-Loc prende anche il nome di "visione nera", perché il primo sintomo è proprio la perdita della visione, come nei più classici svenimenti.
Cos'è la Forza G?
Il fenomeno G-Loc non si manifesta in tutti i piloti di aerei ma solo in quelli militari e soprattutto in quelli acrobatici. Questo avviene perché la forza G ha a che fare con le virate del veicolo, oltre che con la velocità.
Ma quindi che cos'è questa forza G?
Di solito siamo abituati a vedere nelle formule di fisica la g in minuscolo. Si tratta in quel caso dell'accelerazione di gravità: l'accelerazione che subisce un corpo in caduta libera (9,81 m/s2).
Quando parliamo invece di "forza G", ci riferiamo al rapporto tra le accelerazioni totali indotte dalla manovra del veicolo e l'accelerazione di gravità (g).
Ora, immaginiamoci di essere piloti di un aereo di una pattuglia acrobatica. Oltre a tutte le forze che agiscono normalmente sul nostro veicolo, abbiamo anche una componente importante di forza indotta dalla manovra che stiamo facendo e per questo l'angolo di inclinazione della virata incide in modo importante sulla forza G. Ecco perché questo problema riguarda le pattuglie militari e soprattutto quelle acrobatiche!
Come funziona la tuta anti-G?
Nel 1941 un gruppo di ricerca dell'Università di Toronto guidato dal dott. Wilbur R. Franks inventò la prima tuta anti-G. I pantaloni erano composti da uno strato d’acqua bloccato tra due fogli di gomma.
L'idea era questa: quando il pilota subisce l'accelerazione, il liquido compreso nelle tasche subisce la stessa accelerazione. In questo modo il liquido spinge sulle gambe del pilota e induce il sangue a salire di nuovo verso il cervello, scongiurando il pericolo di svenimento.
Pochi anni dopo si iniziò a pensare ad una tuta che utilizzasse l'aria, piuttosto che l'acqua.
Nel 1940 il prof. Frank Cotton dell'Università di Sydney progettò la prima tuta anti-G funzionante a gas. La tuta aveva delle sacche di gomma ricoperte esternamente da materiale inestensibile. Le sacche venivano gonfiate d'aria durante il volo. Oggi la maggior parte delle tute anti-G funziona ancora in questo modo.
Si sfrutta l'aria compressa per riempire le tasche in modo che la tuta stessa eserciti una pressione lungo le gambe del pilota.
In questo video si vede bene come si gonfiano le camere d'aria.
Un tubo collega la tuta ad una presa ad aria compressa che durante le manovre gonfia istantaneamente le camere d'aria. La tuta esercita forza sulle gambe, impedendo al sangue di defluire nella parte inferiore del corpo e garantendone il flusso al cervello.
Come fa la tuta a sopportare la Forza G
Riportando la questione a qualcosa di più vicino a noi, troviamo una forza G importante anche nelle manovre azzardate dei piloti di formula 1 o di moto oppure, per i comuni mortali, sulle montagne russe! Chi le ha provate infatti si ricorderà della difficoltà di muovere la testa nei tratti cruciali.
Il nostro organismo percepisce in maniera fisiologica le accelerazioni. Nel caso delle montagne russe si tratta di forze G ancora tollerabili, ma nel caso dei piloti queste variazioni scaturiscono nel fenomeno G-Loc. Fino a che punto il nostro corpo può sopportare questa forza?
La forza G può agire in ogni direzione. Immaginiamo per un attimo solo quella che grava verticalmente sul nostro corpo (ossia che ci schiaccia). Già a partire da 2G i movimenti si fanno faticosi. Per un pilota, sopra i 3G diventa difficile abbandonare il velivolo senza un sistema di espulsione. A 4G il sollevamento della testa piegata in avanti è quasi impossibile. A 6G è impossibile muovere gli arti perché i dischi intervertebrali vengono compressi (Dr. Fabio Flenda, 2022).
Tutto questo per un soggetto non allenato può essere fatale. Infatti esistono degli allenamenti per piloti e astronauti decisamente unici nel loro genere. Uno tra questi è la centrifuga.
I piloti vengono messi in una capsula che ruota a velocità costante e in questo modo anche la forza G aumenta proporzionalmente.
Insomma, un allenamento più unico che raro!
In questo contesto la tuta anti-G rappresenta una soluzione tecnica semplice ed efficace per regolarizzare la circolazione del sangue nel corpo del pilota ed evitare che le variazioni di accelerazione gli siano fatali!
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