Как найти силу рывка

29 октября 2020

Фактор рывка и сила рывка: теория

Фактор рывка и сила рывка – это два важнейших понятия в скалолазании. Чтобы понять, что происходит во время срыва, нужно вспомнить один из базовых законов физики: когда объект падает, он накапливает кинетическую энергию.

Сила рывка

На всех динамических веревках указан показатель «Max. impact force», или максимальная сила рывка. Разберемся, как его измеряют.

Во-первых, нужно понимать, что эта цифра не соответствуют реальным силам, возникающим при падении. Испытания, в результате которых получено данное значение, являются экстремальными, так как при испытаниях имитируют падение с фактором рывка 1.77 и веревкой, жестко закрепленной на точке.

На практике эти силы меньше из-за множества факторов. Энергия частично поглощается телом страхующего и скалолаза, веревка проскальзывает в страховочном устройстве, страхующий перемещается…

Пример характеристик, которые могут быть указаны на динамической веревке:

Тип веревки		Масса груза	Макс.сила рывка	Количество срывов
	Одинарная	80 кг	12 кН	5
	Сдвоенная	80 кг	12 кН	12
	Двойная	55 кг	8 кН	5

Первая строчка, например, означает, что при проведении испытаний одинарная веревка должна успешно выдержать 5 срывов и максимальная сила рывка не должна превышать 12 кН.

Теоретический фактор рывка

Фактор рывка часто используется для количественной оценки тяжести срыва. В скалолазании это значение может варьироваться от 0 до 2.

Фактор рывка = Глубина падения / Длина веревки. Глубина падения в данном случае – это расстояние, которое пролетел скалолаз. Длина веревки – общая длина веревки между скалолазом и страхующим.

Сравним две различных ситуации:

В обоих случаях глубина падения – 4 метра, но длина веревки, которая находится между скалолазом и страхующим значительно отличается. Во втором случае (правая картинка) срыв будет довольно жестким, фактор рывка = 4м/2м = 2.

Таким образом, в теории, чем выше фактор рывка, тем серьезнее срыв. Чем длиннее веревка, тем больше энергии поглощаются и тем меньше фактор рывка. Однако само понятие фактора рывка довольно упрощенное. Оно не учитывает такие важные факторы, как трение веревки в промежуточных точках, проскальзывание веревки в страховочном устройстве, перемещение страхующего…

Реальный фактор рывка

Теоретический фактор рывка не берет в расчет трение веревки в оттяжках и о скалы. Это трение мешает веревке растягиваться и амортизировать рывок по всей длине. Только часть веревки будет участвовать в амортизации срыва. Это называют «эффективной длиной веревки». В примере ниже реальный фактор рывка будет примерно равен 1. Эта иллюстрация хорошо объясняет, почему важно следить за маршрутом и расположением оттяжек на нем.

Фактор рывка = Глубина падения / Эффективная длина веревки

Срыв и падение. Сила рывка.

Срыв и падение

При срыве страховочная система прерывает полёт и останавливает вас. Силы, действующие на ваше тело, точки страховки, страхующего, зависят от многих параметров.

Каждый срыв освобождает огромное количество энергии. Масса человека большая. Вся сила рывка передаётся через страховочную систему и почти удваивается на крюке. И если каждый элемент в цепи страховки выдержит, вы отделаетесь только царапинами.

Сила рывка зависит от трёх параметров:

1. свойства верёвки,
2. фолл-фактора (фактора рывка),
3. и веса падающего объекта.

Никогда не оставляйте верёвку между ног: при срыве вас перевернёт и ударит головой о рельеф.

1) Ваша жизнь зависит от растяжения веревки.

Очевидно, что уменьшить силу рывка может только растягивание динамической верёвки. Так система безопасности в скалолазании строится вокруг свойства динамической верёвки поглощать ударные нагрузки. Она смягчает падение, уменьшает силу удара и вероятность разрыва системы. Фактически, динамическая верёвка единственное данное во всей системе. Она разработана для ограничения силы на скалолаза (80 кг) в самом плохом случае (фолл-фактор 2) до 12 кН. Значит, все остальные части страховочной системы должны быть расчитаны на эту максимальную ударную силу.

Чем длиннее верёвка, тем больше она поглощает энергию рывка. Этим объясняется почему фолл-фактор 2 при падении с 4 метров развивает такую же силу рывка в 9 кН, как падение с 20 метров, при соответствии динамической верёвки стандартам УИИА. Возросшая глубина падения компенсируется большей длиной динамической верёвки, поглощающей энергию падения.

Падение: 2 м Длина уса: 1 м Вес скалолаза: 80 кг Фолл-фактор: 2 Сила рывка со статическим усом:

Статическая верёвка недостаточно растягивается…. Статическая верёвка традиционно используется в спелеологии и при спас-работах, и даже на соревнованиях и при лазании. Она разработана для минимального растяжения под нагрузкой. Т.е. её поглощающие свойтва минимальны, особенно на коротком участке. Хуже то, что промышленная маркировка статических верёвок не классифицирована, и их способность растягиваться зависит от производителя и страны. Они часто дубовые настолько, что передают почти весь рывок на страховочную систему и тело человека. В скалолазании очень неглубокое падение может развить критическую силу рывка. Усы и петли самостраховки подобны статической верёвке… Использование точек без динамической верёвки, также опасно. Как показано на рисунке, фолл-фактор 2 развивает достаточную силу для разрыва обвязки, крюка, карабинов, не говоря уж о скелете человека. Повторим опять: Падение на 1 метр на статической верёвке может развить достаточную силу для повреждения или несчастного случая. Надо помнить, что человеческое тело может выдержать силу рывка 12 кН без риска серьёзного повреждения, и никак не больше 18 кН. Эта величина силы 18 кН заложена УИИА в нижнее ограничение для всех элементов страховочной системы.

Для сравнения приведем ограничения УИИА:

• Крюки: 25 кН
• Карабины: 20 кН
• Оттяжки: 22 кН
• Обвязки: 15 кН

2) Фолл фактор.

Понимание физических процессов, действующих при падении, представляет собой один из интересных аспектов в вертикальных видах спорта. Для новичка в таких объяснениях часто не хватает ясности. Как объяснить кому-либо, что безопаснее пролететь 10 метров на динамической веревке, чем 1 метр на оттяжке из статической стропы. Это то, что требует не только обдумывания, но и наглядной демонстрации.

В вертикальных видах спорта определяющим фактором является не длина падения, а соотношение высоты падения, к длине работающей веревки. Это соотношение, известное как фактор падения (fall factor), стоит обсудить более детально.

Фолл фактор =

Высота полёта __________ Длина работающей верёвки

В альпинизме этот фактор не может превышать значения 2. Т.к. высота падения не может быть больше удвоенной длины верёвки. Это основополагающее значение, с учетом которого создаются и все компоненты страховочной цепи

Падение: 2 м Длина стропы: 1 м Вес страхуемого: 80 кг Фолл фактор: 2 Сила рывка со статической стропой:

Падение: 10 м Длина динамической верёвки: 5 м Вес страхуемого: 80 кг Фолл фактор: 2 Сила рывка с динамической верёвкой:

Падение: 10 м Длина динамической верёвки: 5.2 м Вес страхуемого: 80 кг Фолл фактор: 1.9 Сила рывка с динамической верёвкой • на страхуемом: 9 кН • на верхнем крюке:

Падение: 10 м Длина динамической верёвки: 9 м Вес страхуемого: 80 кг Фолл фактор: 1.1 Сила рывка с динамической верёвкой • на страхуемом: 6 кН • на верхнем крюке:

Что совсем не учитывается или слабо учитывается этой величиной, так это энергия, которая рапределяется между скалолазом, страхующим и различными компонентами страховочной цепи.
Важно ограничить силу рывка и для страхуемого, и для страхующего, и для точек страховки. Каждый раз надо учитывать всю систему страховки.
На страховке, как только лидер вышел на маршрут, важно установить первый промежуточный крюк как можно скорее, особенно в свободном лазаньи. Создайте дополнительные точки страховки как можно быстрее, чтобы уменьшить фактор падения и нагрузку на верхний крюк.

Поглощение энергии падения.

Каждый раз надо учитывать всю систему страховки. На страховке, как только лидер вышел на маршрут, важно установить первый промежуточный крюк как можно скорее, особенно при свободном лазанье. Создайте дополнительные точки страховки как можно быстрее, чтобы уменьшить фактор падения и нагрузку на верхний крюк. Сведите к минимуму зигзаги верёвки. Используйте длинные оттяжки. Так чтобы вся длина верёвки работала на поглощение энергии рывка. В поглощении энергии рывка играют следующие факторы: Эластичность верёвки. Работающая длина верёвки зависит от трения о рельеф и трения в промежуточных точках Блокирующий узел Деформация обвязки и тела скалолаза Протравливание верёвки в страховочной системе: Протравливание страхующим. Это требует определённого умения. Непроизвольное протравливание, когда сила рывка превышает возможности страхующего. Обычно страхующий удерживает руками до 3 кН с обычным устройством. Это протравливание поглощает огромное количество энергии, но в отсутствие перчаток грозит ожогом рук страхующего и потерей страховки. Одевайте перчатки при страховке.

В некоторых ситуациях слишком сильное протравливание верёвки приведёт к удару страхуемого о рельеф.

Нагрузка на крюк.

Физика играет против нас при срыве. Тот механизм что помогает нам в полиспасте развить большую полезную силу, работает против нас при падении. На изгибе верёвки (обычно в карабине точки страховки), сила рывка на точку страховки увеличивается на 2/3 (она бы удваивалась, если не было трения о карабин)

Для примера возьмём один из худших случаев – падение на 10 м при длине верёвки 5.2 м. Фолл фактор равен 1.9, сила рывка на человека 9 кН на динамической верёвке, тогда сила рывка на точку страховки становится 15 кН. Это много. Один скальный крюк не держит больше 5 кН. Нужно сдваивать крюки.

Теперь рассмотрим аналогичную ситуацию со статической верёвкой. Фолл фактор 1.9 с силой рывка на человека 18 кН вызовет рывок на крюк в 30 кН (умножая 18 кН на 1.66). В этом случае надеяться не на что. И даже если точка страховки выдержит, оборвётся что-то другое.

сила рывка / сила натяжения веревки.

#21529
2015-04-01 01:26 GMT

Добрый день. Помогите, пожалуйста, решить задачку. Решение нужно не для учебы и не для работы, просто ехал в автобусе, в голове возник вопрос на который я уже неделю не могу найти ответ (я далекий человек от физики). Собственно сам вопрос преобразил в задачу. Дано:

– тело, допустим бревно, масса = 100 кг.

– река, скорость течения = 15 м/с

– веревка длинной 20 м.

Условие: веревка одним концом зафиксирована за неподвижную точку на берегу, другим концом за бревно.

Вопрос: рассчитать силу рывка / силу натяжения веревки, если бревно отпустить в воду. Т.е бревно будет двигаться по реке 20 метров (длина веревки) и когда закончатся эти 20м. тело остановится. Вот в момент остановки и нужно рассчитать силу рывка / силу натяжения веревки.

Усложненные доп.вопросы ))

1) когда тело зависло на этих 20м. и просто “болтается” на веревке натяжение веревки зависит от того как это тело расположено ? по течению или перпендикулярно берегу. Я так понимаю если перпендикулярно берегу, то больше площадь давления воды, следовательно больше нагрузка. Если да. то как это рассчитывается ?

2) если масса тела (например бревна) влияет на его погружение в воду, т.е чем больше масса тем оно больше погружается в воду. Изменяется ли рывок / нагрузка от погружения тела в воду. Я так понимаю что да, так как увеличивается площадь соприкосновения с водой. Если да. то как это рассчитывается ?

Вот такая вот задачка.

#21530
2015-04-01 07:06 GMT

Назови речку, где скорость течения 54 км/час?

Если у тебя вес 100 кг, то обвяжись верёвкой и спрыгни с 4 этажа.

И узнаешь силу натяжения на своём опыте.

Если ни то, ни другое, ни третье не помогает, прочтите, наконец инструкцию.

#21532
2015-04-01 11:20 GMT

Доброго дня.

Ребята, я попросил помочь с решением задачи, а не предлагать мне прыгнуть с четвертого этажа или упрекать меня в том, что я не читаю литературу. Если не хотите писать по делу – не пишите. зачем писать всякую ерунду ? для увеличения счетчика сообщений ??

На всякий случай, данные значения (вес, скорость, длина) – условные

#21533
2015-04-01 12:03 GMT

У нас принято к вопросу прикладывать свою попытку решения, пусть и не правильную.

#21534
2015-04-01 14:36 GMT

Прежде чем писать ознакомился с правилами форума, поэтому сразу написал “я далекий человек от физики”. вот и прошу именно решение, за которое заранее благодарю.

Мысли по решению задачи

Сила – F= m * a

Скорость тела в конечной точке (положили тело на воду, ускорение = 0 . Оно начинает двигаться и за 20 метров (длина веревки) оно наберет некую скорость ) –

– V*V теч.реки = U*U (начальное ускорение = 0) + 2 * a * s Отсюда a = (v*v ) / (2 *s)

Конечную силу получаем по формуле F = (m * v *v) / (2 * s) если перевести в мои цифры, то F = (100 * 225) / 40 = 562.5

НО в правильности решения я сомневаюсь. Так как при уменьшении пути итоговая сила получается больше. при увеличении пути – сила меньше. А по логике должно быть все наоборот

#21535
2015-04-01 14:49 GMT

По вашему тело набирает скорость на всем протяжении пути, а на самом деле это происходит на каком то определенном отрезке пути и затем скорость постоянная.

Добавлено спустя 7 минут

Для первой прикидки можно считать скорость тела равной скорости течения и тогда

(F=frac{mV}{Delta{t}})

где (Delta{t}) – время остановки

отредактировал(а) iskander: 2015-04-01 14:57 GMT

#21536
2015-04-01 22:01 GMT

#21535 iskander :

По вашему тело набирает скорость на всем протяжении пути, а на самом деле это происходит на каком то определенном отрезке пути и затем скорость постоянная.

Может я конечно формулу неправильную подобрал, но когда считал я и имел ввиду что скорость тела = скорости течения.

Что касается вашей формулы, то тут не фигурирует расстояние, а как мне кажется оно тут должно быть.

#21537
2015-04-01 23:01 GMT

Бревно начинает двигаться:

( 15 m/s = v_k = at)

Проходит путь :

( 20 m = S = frac {a t^2} {2} )

Находите a, потом силу натяжения:

( F = ma)

#21538
2015-04-02 07:39 GMT

Сила рывка и сила натяжения, это не одно и тоже.

Если ни то, ни другое, ни третье не помогает, прочтите, наконец инструкцию.

#21539
2015-04-02 09:02 GMT

Поскольку бревно двигается со скоростью течения реки, расстояние, проходимое бревном значения не имеет. Иметь значение может только расстояние, проходимое бревном в момент рывка (расстояние от начала рывка до полной остановки), ведь силу рывка определяет ускорение замедления бревна именно на этом участке.

#21540
2015-04-02 09:06 GMT

Пока бревно не прошло 20 м натяжения нет, верёвка провисала. В момент S = 20 м рывок. Конечно на всём пути ускоряться бревно не будет. Думаю про импульс силы в 21535 – высказаная мысль более правильная

Для обычного
способа постановки на якорь сила инерции
рывка якорь-цепи в диаметральной
плоскости судна равна:

(6.16.)

где
m– масса судна;

а – ускорение
(замедление).

Тогда уравнение
движения судна будет иметь следующий
вид:

(6.17.)

где
V₀– конечная
скорость,V₀= 0;

V– начальная
скорость, равная осевой скорости судна
на заднем ходу;

S– расстояние,
которое проходит судно до остановки
(задержания на якоре).

Из уравнения
(6.17.) получим:

(6.18.)

Тогда формула
(6.16.) с учетом выражения (6.18.) и
примет вид:

(6.19.)

где
D– водоизмещение судна;

g–
ускорение силы тяжести,g= 9,81 м/с².

Порядок
расчета.

1. Рассчитать
расстояние, пройденное судном от момента
отдачи якоря до момента выхода судна
«на канат» при работе ГД на задний ход
либо при движении судна по инерции
(основным условием является натяжение
якорной цепи при якоре, веретено которого
занимает горизонтальное положение на
грунте) по формуле:

где l– длина вытравленной якорь-цепи, м;

Hгл
– глубина в месте отдачи якоря, м;

Hб
– высота борта при действующей осадке;
м.

Высота
борта при действующей осадке определяется
по формуле:

Hб=Fб-T;

где Fб
– высота судна, м;

Т- осадка судна,
м.

2.
Рассчитать силу рывка якорь-цепи для
скоростей судна от 0,2 до 2,0 узла (расчет
произвести для скоростей через каждые
0,2 узла: 0,2/0,4/0,6/0,8/1,0/1,2/1,4/1,6/1,8/2,0 узл – для
расчета скорость необходимо перевести
в м/с) по формуле:

;

где
D– водоизмещение судна,
т;

g–
ускорение силы тяжести,g= 9,81 м/с².

Данные
расчетов представить в табличной и
графической форме.

3.
Рассчитать максимальную держащую силу
якоря по формуле:

где G’
– вес (сила тяжести) якоря в воде
(определяется путем умножения веса
якоря в воздухеGна 0,87);

k_г– коэффициент держащей силы якоря (в
расчетах используем Кг равное 2,0).

4.
На диаграмме зависимости силы рывка
якорь-цепи от скорости судна провести
прямую, соответствующую держащей силе
якоря, определить скорость судна, при
которой соблюдается условие:
.

3. Рассчитать
тормозной путь судна с якорем, отданным
на грунтпо формуле:

,

где
D– водоизмещение в т.;

g=9,81
м/с²;

Т_я– держащая
сила якоря;

V– скорость, при которой отдан якорь;
м/с.

Для
всех вариантов скорость будет равной
4 (четыре узла) – в расчетах необходимо
перевести из узлов в м/с. Исходные данные
в таблице 1.

Максимальная
держащая сила якорей:

где G’
– вес (сила тяжести) якоря в воде
(определяется путем умножения веса
якоря в воздухеGна 0,87);

k_г– коэффициент держащей силы якоря.

Ниже приведены
ориентировочные значения k_гдля якорей Холла:

Грунт	kг
Песок………………………………………	1,5-2,5
Ил с песком или ракушкой………………	3,5-4,0
Плотный ил, глина……………………….	5,0-6,0
Каменистый………………………………	2,8-8,6

Порядок
расчета.

1.
Рассчитать среднее значение коэффициента
держащей силы для данного типа грунта,
используя таблицу исходных данных.

2.
Определить держащую силу якоря по
формуле:

где G’
– вес (сила тяжести) якоря в воде
(определяется путем умножения веса
якоря в воздухеGна 0,87);

k_г– коэффициент держащей силы якоря.

3.
Рассчитать тормозной путь судна с
якорем, отданным на грунт по формуле:

,
м

где
D– водоизмещение в т.;

g=9,81
м/с²;

Т_я– держащая
сила якоря;

V– скорость, при которой отдан якорь;
м/с.

Для
всех вариантов скорость будет равной
4 (четыре узла) – в расчетах необходимо
перевести из узлов в м/с.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #

  22.03.201623.88 Mб17Электрооборуд-Генер и ЭД.rtf

• #
• #
• #
• #
• #
• #