อัตราเร่ง (Acceleration)

            คือ การเปลี่ยนแปลงความเร็วที่มีทิศทางต่อหน่วยเวลา มีหน่วยเป็น ฟุต/วินาที๒ หรือเมตร/วินาที๒ อัตราเร่งที่เราเคยชินคือ แรงโน้มถ่วงของโลก (Gravity) ซึ่งใช้อักษรย่อ G มีค่าคงที่เท่ากับ ๓๒.๒ ฟุต/วินาที๒ หรือ ๙.๘ เมตร/วินาที๒ ดังนั้นจึงกำหนดขนาดของแรง ที่ทำให้วัตถุเกิดอัตราเร่ง ๓๒ ฟุต/ วินาที๒ ให้มีค่าเท่ากับ ๑ G

ชนิดของอัตราเร่ง มี ๓ แบบ คือ

            ๑. อัตราเร่งที่เป็นเส้นตรง (Linear Acceleration) คือ การเปลี่ยนแปลงความเร็วที่ไม่มีการเปลี่ยนทิศทาง เช่น การวิ่งขึ้นจากสนามบินของเครื่องบิน การลงสนามบินของเครื่องบิน หรือการดีดตัวออกจากเครื่องบินของเก้าอี้ดีด เป็นต้น

            ๒. อัตราเร่งที่เกิดจากการเลี้ยวในแนวโค้ง (Radial Acceleration) คือ การเปลี่ยนทิศทาง โดยมีความเร็วคงที่ ทำให้เกิดแรงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal Force) เช่น การเลี้ยวด้วยความเร็วคงที่ของเครื่องบิน เป็นต้น

            ๓. อัตราเร่งที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเร็ว และทิศทางการเลี้ยว (Angular Acceleration) คือ การเลี้ยวของเครื่องบินที่เปลี่ยนแปลง ทั้งความเร็ว และทิศทาง แรง G ที่เกิดขึ้นเป็นผลรวมของอัตราเร่งชนิดแรก และชนิดที่สองรวมกัน การบินในท่าวงกลมทางตั้ง (loop) เป็นต้น

ลักษณะของอัตราเร่งที่กระทำต่อร่างกาย

จำแนกเป็นแบบต่างๆ ตามทิศทางที่กระทำต่อร่างกายดังนี้ คือ

            ๑. อัตราเร่งในแนว + Gz คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากศีรษะไปส่วนล่างของร่างกาย เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินดำลงทิ้งระเบิด แล้วเงยหัวขึ้น หรือขณะเครื่องบินเข้าวงเลี้ยว เป็นต้น

            ๒. อัตราเร่งในแนว - Gz คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากเท้าขึ้นไปทางศีรษะ เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินทำการบินในท่าวงกลมทางตั้งแบบกลับหัวออก (Outside loop) เป็นต้น

            ๓. อัตราเร่งในแนว + Gx คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากด้านหน้าไปทางด้านหลัง เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินกำลังวิ่งขึ้นจากสนามบิน ดันให้ตัวไปชิดกับพนักพิงหลัง เป็นต้น

            ๔. อัตราเร่งในแนว - Gx คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากด้านหลังไปทางด้านหน้า เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินลดความเร็ว ในทันทีทันใด ทำให้ตัวคะมำไปด้านหน้า เป็นต้น

            ๕. อัตราเร่งในแนว + Gy คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากด้านขวาไปทางซ้าย เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินมีอาการควงสว่าน ไปทางด้านขวา เป็นต้น

            ๖. อัตราเร่งในแนว - Gy คือ แรงที่กระทำในทิศทางจากด้านซ้ายไปทางขวา เช่น แรงที่กระทำในขณะเครื่องบินมีอาการควงสว่านไปทางด้านซ้าย เป็นต้น

ผลกระทบของอัตราเร่งที่มีต่อร่างกาย

จำแนกเป็นระบบต่างๆ ดังนี้ คือ

            ๑. การเคลื่อนไหวของร่างกาย (Mobility effect)

            อัตราเร่งทำให้ร่างกายถูกดึงหรือดันไปตามแรงที่เกิดขึ้น และทำให้เสมือนร่างกายมีน้ำหนักมากขึ้น เช่น น้ำหนักตัว ๕๐ กิโลกรัม จะกลายเป็น ๒๕๐ กิโลกรัม เมื่อได้รับอัตราเร่ง ในขนาด + ๕ Gz ทำให้การขยับแขน ขา เป็นไปด้วยความยากลำบาก เป็นต้น

            ๒. การหายใจ (Respiratory effect)

            อวัยวะที่เกี่ยวข้องกับระบบการหายใจในทรวงอก เช่น ปอด หัวใจ กะบังลม จะเคลื่อนไหวด้วยความยากลำบาก ทำให้การทำงานของระบบการหายใจมีประสิทธิภาพลดลง

            ๓. การไหลเวียนของกระแสโลหิต (Cardiovascular effect)

            เนื่องจากเลือด ซึ่งเป็นของเหลวจึงถูกแรงที่มากระทำจากอัตราเร่งดึง ให้ไหลตามไปในทิศทางที่มากระทำได้ง่ายกว่าอวัยวะส่วนอื่นๆ เช่น +Gz ทำให้เลือดถูกดึงไปคั่งอยู่ที่บริเวณส่วนล่างของร่างกายคือ ช่องท้อง และขา ส่วน -Gz ทำให้เลือดถูกดันขึ้นไปคั่งอยู่บริเวณลำคอ และศีรษะ เป็นต้น

            ๔. การมองเห็น (Visual effect)

            เนื่องจากเลือดถูกดึงไปที่ส่วนล่างของร่างกายในกรณีของ +Gz จึงมีเลือดไปสู่ดวงตาและสมองลดลง ทำให้ความสามารถในการมองเห็นลดลง เป็นสัดส่วนกับขนาดของอัตราเร่งที่มากระทำ นอกจากนี้อัตราเร่งยังอาจทำให้เลนส์เคลื่อนที่ ซึ่งจะมีผลให้ภาพที่มองเห็นผิดปกติไปได้

            ๕. การรับรู้การทรงตัวของร่างกาย (Vestibular effect)

            แรงจากอัตราเร่ง ทำให้ขนอ่อน ซึ่งอยู่ในอวัยวะรับรู้การทรงตัวในหูชั้นใน เคลื่อนไหวไปตามแรงที่มากระทำ ปรากฏการณ์เช่นนี้ ทำให้การแปลผลในสมองผิดพลาดไปจากความเป็นจริง ดังกล่าวมาแล้ว ในเรื่องของการหลงสภาพการบิน ผลกระทบของอัตราเร่งที่มีต่อร่างกายตามระบบต่างๆ ดังกล่าวมานี้ จะเกิดขึ้นมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการดังต่อไปนี้ คือ

            ก. ขนาดของแรงที่เกิดขึ้นจากอัตราเร่ง (Magnitude)

            ขนาดของอัตราเร่งที่มีค่ามากจะมี ผลต่อการทำงานของร่างกายมากขึ้นเป็นลำดับ

            ข. ระยะเวลาที่มีแรงกระทำต่อร่างกาย (Duration)

            แรงที่มากระทำในช่วงระยะสั้นๆ จะมีผลต่อร่างกาย น้อยกว่าแรงที่มากระทำเป็นระยะเวลานาน โดยทั่วไปแล้วถือว่า ถ้ามีแรงมากระทำนานมากกว่า ๑ วินาที ถือว่า มีอัตราเร่งต่อร่างกายนาน (Prolong Acceleration) หากระยะเวลาที่มีแรงมากระทำน้อยกว่า ๑ วินาที ถือว่า มีอัตราเร่งทันทีทันใด (Impact Acceleration)

            ค. ความเร่งในการเปลี่ยนค่าของอัตราเร่ง (Rate of Application)

            คือการเปลี่ยนอัตราเร่งต่อหนึ่งหน่วยเวลา ถ้ามีค่าสูง จะเป็นอันตรายต่อร่างกายมาก

            ง. พื้นผิวและส่วนต่างๆ ของร่างกาย (Surface Area and Body Region)

            แรงที่กระทำต่อพื้นผิวที่มีพื้นที่มาก จะมีผลกระทบต่อร่างกายน้อยกว่าแรงขนาดเดียวกัน ที่กระทำต่อพื้นผิวที่มีพื้นที่น้อย และยังขึ้นอยู่กับบริเวณต่างๆ ของร่างกายที่แรงมากระทำอีกด้วย เช่น ร่างกายสามารถทนต่อแรงขนาด ๒๐ กิโลกรัม ซึ่งกระทำบนหน้าอกได้ แต่ไม่สามารถทนต่อแรงขนาดเดียวกัน ที่กระทำบนปลายนิ้วได้

            จ. ทิศทางของแรงที่กระทำต่อร่างกาย (Direction)

            แรงจากอัตราเร่ง ที่กระทำต่อร่างกายทั้ง ๓ ทิศทาง คือ X,Y,Z ดังกล่าวมาแล้วนั้น +Gz เป็นทิศทางของแรงที่มีผลกระทบต่อร่างกายมากที่สุด ส่วน +Gx เป็นทิศทางที่ร่างกายสามารถทนทานได้ดีที่สุด โดยสามารถทนได้ถึง + ๑๕ Gx แรง + Gz นิยมเรียกสั้นๆ ว่า แรงจีบวก (Positive G) หรือแรง G โดยมีความหมายถึง แรงจากอัตราเร่ง ซึ่งกระทำในทิศทางจากศีรษะไปส่วนล่างของร่างกาย ประมาณว่าทุก + ๑ Gz ที่ เพิ่มขึ้นจะทำให้แรงดันโลหิตลดลงประมาณ ๒๒ มิลลิเมตรปรอท หากเกิดแรงประมาณ + ๓ ถึง +๔ Gz จะทำให้เกิดอาการทางสายตา คือ การมองเห็นมัวลง (Gray out) และลานสายตาแคบลง (Tunnel vision) ถ้าแรงดังกล่าวยังมีอยู่อีกต่อไป จะทำให้ไม่สามารถมองเห็นได้ (Black out) ซึ่งจะเกิดขึ้นที่ประมาณ + ๔.๕ Gz แรงที่เกิดขึ้นมากกว่า + ๕ Gz จะทำให้หมดสติได้ (G-Induce Loss of Conciousness หรือ G-LOC) ทั้งนี้ถ้าหากแรงที่เกิดขึ้นมีขนาดสูงในระยะเวลาอันรวดเร็ว และต่อเนื่องแล้ว จะทำให้หมดสติได้ โดยไม่เกิดอาการทางสายตาเลยก็ได้

            ในทางตรงกันข้าม -Gz มีผลทำให้เลือดไปคั่งที่ส่วนลำคอ และศีรษะ แรงในขนาด -๑ ถึง -๒ Gz จะทำให้เกิดอาการปวดศีรษะ มึนงง และมองเห็นเป็นแสงสว่างสีแดงเต็มไปหมด (Red out) เนื่องจากมีเลือดไปคั่งในลูกตาจำนวนมาก และอาจจะมีเส้นเลือดฝอยในลูกตา หรือในสมองแตกได้ เชื่อว่า มนุษย์สามารถทนแรงจากอัตราเร่งในทิศทางนี้ได้ไม่เกิน -๓ Gz