Предельhая диhамическая hагрузка

-----------------------------------------

 

В конце свободного падения энергия тела равна произведению G на H. Чтобы остановить падение, необходимо совершить определенную работу деформации (А), равную энергии падения (Е).

 

А = Е.

 

Это можно проиллюстрировать на графике, показывающем зависимость удлинения веревки от силы (см. Рис.2).

 

 

Рис.2 Удлинение и работа веревки при различных силах нагрузки.

При скъсване - при разрушении

 

Работа деформации веревки равна произведению величины силы на изменение пути (в данном случае путь падающего тела равен ∆ l - удлинению веревки), а значит, равна площади между кривой и осью абсцисс и равна работе, совершенной веревкой при удержании падения.

Сила, вызывающая деформацию веревки, порождается падающим телом, и до тех пор непрерывно нарастает, пока работа А, совершаемая веревкой, не станет равна энергии падения тела.

 

Максимальное усилие, возникающее при остановке веревкой падающего тела, называется ПРЕДЕЛЬHОЙ ДИHАМИЧЕСКОЙ HАГРУЗКОЙ (ПДH).

 

Другими словами, под предельной динамической нагрузкой следует понимать максимальную величину силы динамического удара, которую страховочная веревка и человеческое тело испытывают в момент, когда падение уже остановлено и веревка перестала удлиняться.

Величина предельной динамической нагрузки зависит от фактора падения и динамических качеств веревки. При одинаковой энергии падения для более эластичной веревки ПДH будет ниже, а для веревки с меньшей способностью к удлинению - более высокой (Рис.3).

 

Рис.3. Зависимость ПДH от динамических качеств веревки.

∆ l 1 и ∆ l 2 - удлинение веревок

А 1 и А 2 - энергия, расходуемая на деформацию (удлинение) веревок

 

 

Следовательно, величина предельной динамической нагрузки определяется не энергией падения, а, прежде всего, способностью веревки удлиняться в большей или меньшей степени.

Таким образом, мысль о том, что определенной высоте падения соответствует строго определенная величина предельной динамической нагрузки, столь же не верна, как и попытка рассуждать о безопасности хождения по одинарной веревке, руководствуясь только данными о прочности веревки.

 

При одинаковой высоте падения в разных веревках возникают различные величины динамических усилий. То есть веревка, имеющая более высокую прочность на разрыв, но меньшую способность к удлинению при удержании падения испытает более высокую динамическую нагрузку и наоборот.

 

ЗАПОМНИ:

- Конкретная величина предельной динамической нагрузки изменяется в широких пределах. Она не зависит от абсолютной высоты падения, а определяется исключительно динамическими качествами веревки и фактором падения.

 

 

ФАКТОР ПАДЕНИЯ

 

Фактор падения (f) определяется отношением высоты падения к длине веревки, которая останавливает падение.

 

f = H/L.

 

От этого отношения зависит "степень" падения, его "тяжесть", а, следовательно и нагрузка на страховочную цепь.

Предположим, что мы подняли тело (Р) на 2 м над точкой закрепления веревки (А) (см. Рис.4а)

 

 

Рис.4. Фактор падения

а) при Н = 2L f = 2

б) при H = L f = 1

 

 

Если тело отпустить, то глубина его падения (H), до того как тело будет остановлено веревкой, составит 4 м, то есть будет равна двум длинам веревки (L). В этом случае фактор падения будет равен 2.

 

f = (глубина падения):(длина веревки) = H:L = 2L:L = 2.

 

Это означает, что при этом на каждый метр веревки приходится энергия, равная энергии свободного падения этого тела с высоты 2 м:

 

80 кГс веса тела х 4 м глубины падения = 320 кГм энергии падения, распределенной на 2 м длины веревки = 160 кГм энергии, приходящейся на 1 м веревки (см. Рис.5)

 

Иными словами, фактор падения определяет так называемую относительную глубину падения, и показывает, сколько метров свободного падения тела приходится на каждый метр длины веревки, которая участвует в остановке этого падения.

Энергия падения в одинаковой степени действует на каждый сантиметр веревки, и каждый из них испытывает одинаковое элементарное (относительное) удлинение. Общее удлинение веревки пропорционально общей ее длине.

Следовательно, способность веревки поглощать энергию будет тем больше, чем больше ее длина.

Все это значит, что усилия, возникающие в веревке при компенсации динамического удара не зависят от абсолютной глубины падения, а зависят только лишь от глубины относительной - то есть от фактора падения.

 

Подтвердим этот вывод, подняв тело не на 2, а на 20 метров над точкой закрепления. В этом случае понадобится веревка длиной 20 метров, а глубина свободного падения возрастет до 40 метров.

Значит, фактор падения не изменится: f = 40/20 = 2.

Не изменится и энергия, которая будет приходиться на каждый метр 20-метровой веревки (80 кГ веса тела х 40 м глубины падения = 3200 кГм энергии падения тела, поделенной на 20 м длины веревки = 160 кГм на каждый метр веревки).

Следовательно, величина нагрузки на веревку будет точно такой же, как и в предыдущем случае при падении на глубину 4 м, так как фактор падения не изменился. И это несмотря на то, что во втором случае общая энергия падения в 10 раз больше. Дело в том, что она и распределяется по длине веревки в 10 раз большей длины, а значит и имеющей в 10 раз более значительную способность поглощать (амортизировать) энергию. Поэтому работа (А), приходящаяся на каждый метр веревки, при одном и том же факторе падения одинакова и не зависит от абсолютной глубины падения.

А значит, и предельная динамическая нагрузка для данной веревки при одном и том же факторе падения будет одинакова и не зависит от абсолютной глубины падения, а зависит только от его фактора. При прочих равных условиях - массе тела, динамических качествах веревки и пр., чем меньше будет фактор падения, тем меньше будет и величина динамической нагрузки, и наоборот.

На втором примере (Рис.4б) глубина свободного падения равна длине веревки, т.е.

f = 2/2 = 1.

 

В этом случае нагрузка на веревку и страховочную цепь в целом будет значительно меньше, так как на каждый метр страховочной веревки действует энергия, равная энергии падения тела с высоты всего 1 м. (80 кГ веса тела х 2 м глубины падения = 160 кГм энергии падения, распределенной на 2 м веревки = 80 кГм энергии на каждый метр веревки).

 

Максимальный фактор падения - 2. Это наиболее тяжелая степень падения на глубину, равную двойной длине веревки. Вероятность такого падения никогда не исключена при свободном лазании, если первый в связке срывается в момент, когда веревка между партнерами еще не закреплена на промежуточных крючьях.