Extra Tip

Die Antwort:

Diese Frage ist gleichbedeutend mit der nach der maximalen Beschleunigung bzw. der maximalen Kraft, die auf einen menschlichen Organismus wirken kann, ohne ihn zu schädigen. Beschleunigung beschreibt die Änderung der Geschwindigkeit mit der Zeit. Seit Newton wissen wir, dass es einen direkten Zusammenhang zwischen der Kraft gibt, die auf einen Körper einwirkt, und der Beschleunigung, die er dadurch erfährt – Kraft ist gleich der Masse des Körpers mal Beschleunigung. Eine Form der Beschleunigung, die unser Leben auf der Erde bestimmt, ist die Erdschwerebeschleunigung, die als „g“ bezeichnet wird. Durch sie wird die auf uns wirkende Gravitationskraft bestimmt. In der Nähe der Erdoberfläche ist sie annähernd konstant (g = 9.81m/s2).
Die Erdschwerebeschleunigung - 1g - wird als Maß für andere Beschleunigungen verwendet. Während der Beschleunigung eines PKW wirkt auf die Insassen eine Beschleunigung von ca. 0,3 g, der Pilot eines Formel-1 Rennwagens erfährt beim Start 1-1,5 g und in Kurvenfahrten bis 5 g. Die Flugmanöver eines Passagierflugzeuges sind so ausgelegt, dass die Belastung der Fluggäste 1,5 g nicht übersteigt. Astronauten erfahren beim Start Beschleunigungen von 3-4 g, und auf ihrer Umlaufbahn um die Erde sind sie schwerelos (0 g). Beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre sind die Astronauten im US-Space-Shuttle einer Belastung von ca. 1,5 g und in den russischen Sojus -Kapseln von bis zu 10 g ausgesetzt. In Achterbahnen können kurzfristig bis zu 6 g erreicht werden.
Bei der Frage, welche g-Belastung ein Mensch aushalten kann, spielt neben der Höhe der Beschleunigung auch der Zeitraum und vor allem die Richtung, in der diese Belastung wirkt, eine große Rolle. Befindet sich ein Mensch in einer sitzenden Position und wird nach oben beschleunigt, so stellt sich ein Gefühl größerer Körperschwere ein, und ab ca. 3 g wird es für ihn fast unmöglich aufzustehen. Insbesondere beeinflussen hohe g-Belastungen unseren Blutkreislauf. Bei positiven Beschleunigungen nach oben versackt das Blut in den Beinen. Hieraus resultieren nach einigen Sekunden bei 2-4 g Sehstörungen, und bei 5-6 g setzt Bewusstlosigkeit infolge eingeschränkter Hirndurchblutung ein. Sobald die positiven Beschleunigungskräfte nicht mehr einwirken, ist die Hirn- und Augendurchblutung wieder normal, und es erfolgt ein Erwachen aus der Bewusstlosigkeit.
Negative Beschleunigungen nach unten, bei denen ein Blutfluss zum Kopf hin auftritt, können vom Menschen erheblich schlechter ertragen werden. Belastungen bis -1 g, die beispielsweise auf eine Person wirken, die auf dem Kopf steht, werden in der Regel von gesunden Menschen ohne Probleme ertragen.
Beschleunigungen, die senkrecht zur Körperachse wirken, sind für den menschlichen Organismus weitaus besser zu verkraften. Bis etwa 6 g wird ein erhöhter Druck auf die abstützenden Körperteile wahrgenommen. Bis 12 g wird das Atmen erschwert, und der Sauerstoffgehalt im Blut sinkt. Dem kann mit einem erhöhten Sauerstoffgehalt in der Atemluft begegnet werden, so dass Belastungen von 15 - 20 g ohne Gefahren für den Körper möglich scheinen. Zusätzlich zu den Belastungen des Blutkreislaufes und der Atmung bedeuten hohe Beschleunigungen auch große Kräfte auf das Skelett und die Muskulatur des Menschen, die zu Verletzungen führen können. Piloten und Astronauten sind hohen g-Lasten mitunter über längere Zeiträume ausgesetzt. Sie werden durch ein spezielles körperliches Training auf ihre Missionen vorbereitet, um vor allem die Hals-, Bein- und Rückenmuskulatur zu stärken. Zusätzlich tragen Piloten und Astronauten zu diesem Zweck Druckanzüge. Um die sehr hohen g-Belastungen beim Wiedereintritt in Kapseln aushalten zu können, befinden sich die Astronauten in liegender Position entgegen der Flugrichtung.



















Foto: DLR

Der Wissenschaftler:

Dr. Klaus Hannemann ist Leiter der Abteilung Raumfahrzeuge im Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen. Er wurde 1959 in Karlsruhe geboren, wo er im Fach Maschinenbau promovierte. 1984 begann Hannemann seine Tätigkeit beim DLR in Göttingen. Seit 1988 arbeitet er im Bereich der Raumfahrtforschung. Hierbei stehen die Untersuchung des Wiedereintritts von Raumfahrzeugen in die Erdatmosphäre, luftatmende Hyperschallantriebe sowie Raketenantriebe im Vordergrund.

„Frag’ den Wissenschaftler“ mit Unterstützung des Max-Planck Institutes für Dynamik und Selbstorganisation