הבדלים בין גרסאות בדף "דינאמיקה של נפילות"

מתוך Climbing_Encyclopedia
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
(מודול החבל)
מ (החלפת טקסט – "מייד" ב־"מיד")
 
(22 גרסאות ביניים של 2 משתמשים אינן מוצגות)
שורה 1: שורה 1:
'''דינאמיקה של נפילות''' היא הנושא המתאר את התהליכים המתרחשים בזמן נפילה, המאמצים וה[[כוחות_בבלימת_נפילה|כוחות]] המופעלים על הנופל, על ה[[חבלים|חבל]], על ה[[עגינות]] ו[[אמצעי חיכוך|מכשיר החיכוך]].
+
'''דינאמיקה של נפילות''' היא הנושא המתאר את התהליכים המתרחשים בזמן נפילה, ה[[מאמצים]] וה[[כוחות_בבלימת_נפילה|כוחות]] המופעלים על הנופל, על ה[[חבלים|חבל]], על ה[[עגינות]] ו[[אמצעי חיכוך|מכשיר החיכוך]].
 
 
 
=כמה הגדרות=
 
=כמה הגדרות=
==נפילת הובלה==
+
==[[נפילת הובלה]]==
 
נפילה ב[[הובלה]] במקרה בו המטפס נמצא מעל העגינה האחרונה שלו. הנפילה נחשבת חמורה יותר ככל ש[[כוח בלימה|הכוח]] המתפתח במהלך בלימת הנפילה גדול יותר.  
 
נפילה ב[[הובלה]] במקרה בו המטפס נמצא מעל העגינה האחרונה שלו. הנפילה נחשבת חמורה יותר ככל ש[[כוח בלימה|הכוח]] המתפתח במהלך בלימת הנפילה גדול יותר.  
 
==[[כוח בלימה]]==
 
==[[כוח בלימה]]==
 
הכוח המקסימאלי המתפתח בזמן בלימת נפילה.
 
הכוח המקסימאלי המתפתח בזמן בלימת נפילה.
==מרחק בלימה==
+
==[[מרחק בלימה]]==
 
המרחק עליו מתבצעת הבלימה. בבלימת נפילה מרחק הבלימה הוא מידת התארכות החבל בזמן בלימת הנפילה.
 
המרחק עליו מתבצעת הבלימה. בבלימת נפילה מרחק הבלימה הוא מידת התארכות החבל בזמן בלימת הנפילה.
 +
 
==אלסטיות==
 
==אלסטיות==
 
מתיחות, תכונתו של גוף לשנות אורך כאשר מפעילים כוח.
 
מתיחות, תכונתו של גוף לשנות אורך כאשר מפעילים כוח.
 
==מודול החבל==
 
==מודול החבל==
 
[[מודול|מודול האלאסטיות]] של החבל הוא היחס בין הכוח המופעל לבין מידת ההתארכות.
 
[[מודול|מודול האלאסטיות]] של החבל הוא היחס בין הכוח המופעל לבין מידת ההתארכות.
 
 
==[[מקדם נפילה]]==
 
==[[מקדם נפילה]]==
 
היחס בין אורך הנפילה לבין אורך החבל המשתתף בבלימה. מקדם הנפילה משמש מדד לחומרת הנפילה. מקדם הנפילה הולך כמו [[כוח בלימה|כוח הבלימה]].
 
היחס בין אורך הנפילה לבין אורך החבל המשתתף בבלימה. מקדם הנפילה משמש מדד לחומרת הנפילה. מקדם הנפילה הולך כמו [[כוח בלימה|כוח הבלימה]].
 
==התארכות==
 
==התארכות==
 
תוספת האורך (באחוזים), ההפרש בין האורך לאחר מתיחה לאורך המקורי.
 
תוספת האורך (באחוזים), ההפרש בין האורך לאחר מתיחה לאורך המקורי.
 
=נפילות שונות ומקדם הנפילה=
 
 
==ערכי מקדם הנפילה במצבים שונים==
 
===מקדם נפילה בהובלה - איבטוח מהרצפה===
 
===מקדם נפילה בהובלה - איבטוח ממתחנה===
 
===מקדם נפילה בטופ-רופ===
 
===מקדם נפילה בויה פראטה===
 
 
 
==הקשר בין מרחק בלימה לכוח בלימה==
 
==הקשר בין מרחק בלימה לכוח בלימה==
[[תמונה: FFVsIF.jpg|left|400px]]ֿ
+
[[תמונה: FFVsIF.jpg|left|400px]]
 
גרף המשווה תוצאות של ניסוי (הנקודות) לתוצאות החישוב התיאורטי המניח כי [[מודול|מודול האלאסטיות]] של החבל הוא ליניארי.
 
גרף המשווה תוצאות של ניסוי (הנקודות) לתוצאות החישוב התיאורטי המניח כי [[מודול|מודול האלאסטיות]] של החבל הוא ליניארי.
 
 
=מבוא=
 
=מבוא=
 
בזמן טיפוס מתרחשות נפילות בהם המטפס ניתק מהקיר ומערכת ה[[אבטחה]] (חבל, [[עגינות|עיגון]], [[רתמות|רתמה]], מאבטח...) בולמת את נפילתו. בזמן הנפילה ובזמן בלימתה מופעלים על מערכת האבטחה כוחות פיסיקליים ונספגת בה אנרגיית הנפילה.  
 
בזמן טיפוס מתרחשות נפילות בהם המטפס ניתק מהקיר ומערכת ה[[אבטחה]] (חבל, [[עגינות|עיגון]], [[רתמות|רתמה]], מאבטח...) בולמת את נפילתו. בזמן הנפילה ובזמן בלימתה מופעלים על מערכת האבטחה כוחות פיסיקליים ונספגת בה אנרגיית הנפילה.  
שורה 40: שורה 29:
 
1. המטפס – בזמן נפילה המטפס יורד מגובה מסוים לגובה נמוך יותר ותוך כדי כך מאיץ וצובר מהירות, בזמן בלימת הנפילה מאיט המטפס עד לבלימה מלאה על ידי מערכת האבטחה. במילים אחרות האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס  הופכת לאנרגיה קינטית וזו בתורה נספגת ומפוזרת על ידי מערכת האבטחה. מאחר ואנרגיה פוטנציאלית תלויה בגובה ובמסה, ברור שאורך הנפילה ומשקלו של הנופל הם גורמים משמעותיים לחומרת הנפילה.

 
1. המטפס – בזמן נפילה המטפס יורד מגובה מסוים לגובה נמוך יותר ותוך כדי כך מאיץ וצובר מהירות, בזמן בלימת הנפילה מאיט המטפס עד לבלימה מלאה על ידי מערכת האבטחה. במילים אחרות האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס  הופכת לאנרגיה קינטית וזו בתורה נספגת ומפוזרת על ידי מערכת האבטחה. מאחר ואנרגיה פוטנציאלית תלויה בגובה ובמסה, ברור שאורך הנפילה ומשקלו של הנופל הם גורמים משמעותיים לחומרת הנפילה.

  
באופן טבעי נשאף שהכוח המופעל על המטפס בזמן בלימת הנפילה יהיה קטן ככל האפשר. כוחות גדולים שיפעלו על המטפס עלולים לגרות לפגיעה פיזיולוגית בו, או לכשל של הציוד (רתמה).
+
באופן טבעי נשאף שהכוח המופעל על המטפס בזמן בלימת הנפילה יהיה קטן ככל האפשר. כוחות גדולים שיפעלו על המטפס עלולים לגרום לפגיעה פיזיולוגית בו, או לכשל של הציוד (רתמה).
  
2. נקודת העיגון – נקודה זו חשובה לענייננו מאחר שבהזנחת חיכוך וללא [[אבטחה דינאמית]], יופעל על נקודה זו (אם מזניחים את ה[[חיכוך]]) כוח כפול מהכוח שיופעל על חלקי המערכת האחרים (הסבר בהמשך) ולפיכך נקודת העיגון נמצאת בסיכון גבוהה לכשל ציוד.
+
2. נקודת העיגון – נקודה זו חשובה לענייננו מאחר שבהזנחת חיכוך וללא [[אבטחה דינאמית]], יופעל על נקודה זו (אם מזניחים את ה[[חיכוך]]) כוח כפול מהכוח שיופעל על חלקי המערכת האחרים (הסבר בהמשך) ולפיכך נקודת העיגון נמצאת בסיכון גבוה לכשל ציוד.
  
3. חבל – החבל הוא האלמנט במערכת שסופג את מרבית אנרגית הנפילה. מרבית האנרגיה הקינטית מומרת לחום על ידי חיכוך החבל בגורמים חיצוניים (טבעת העיגון, אמצעי האבטחה, חיכוך עם הקיר)  וחיכוך פנימי בין סיבי החבל. השאר מומרת לאנרגיה אלאסטית על ידי התארכות החבל בזמן הבלימה. הדרך המדוייקת שבה נספגת האנרגיה על ידי החבל בזמן התארכותו היא מחוץ להיקף של דיון זה, ונזכיר רק שמידת האלסטיות של החבל ואורך החבל שסופג את אנרגיית הנפילה משמעותיים מאד לחומרת הנפילה:
+
3. חבל – [[חבל הובלה|חבל ההובלה]] הוא האלמנט במערכת שסופג את מרבית אנרגית הנפילה. מרבית האנרגיה הקינטית מומרת לחום על ידי חיכוך החבל בגורמים חיצוניים (טבעת העיגון, אמצעי האבטחה, חיכוך עם הקיר)  וחיכוך פנימי בין סיבי החבל. השאר מומרת לאנרגיה אלאסטית על ידי התארכות החבל בזמן הבלימה. הדרך המדוייקת שבה נספגת האנרגיה על ידי החבל בזמן התארכותו היא מחוץ להיקף של דיון זה, ונזכיר רק שמידת האלסטיות של החבל ואורך החבל שסופג את אנרגיית הנפילה משמעותיים מאד לחומרת הנפילה:
  
ככל שהחבל אלסטי יותר הוא יתארך יותר בקלות, וככל שהקטע שסופג את הנפילה יהיה ארוך יותר הוא יוכל להימתח יותר, והבלימה תהיה "רכה" יותר (חישבו על נפילה על כבל פלדה לעומת חבל בנג'י).
+
ככל שהחבל אלסטי יותר הוא יתארך יותר בקלות, וככל שהקטע שסופג את הנפילה יהיה ארוך יותר הוא יוכל להימתח יותר, והבלימה תהיה "רכה" יותר (חישבו על נפילה על [[כבלים|כבל פלדה]] לעומת חבל בנג'י).
 
 
4. נקודת האבטוח – נקודת האבטוח כוללת את אביזר החיכוך, המאבטח והציוד הנלווה. למרות שלאביזר החיכוך ולמאבטח יכולה להיות השפעה עצומה על הפחתת הכוח הפועל במערכת בזמן בלימת הנפילה, לצורך דיון זה נניח שעצירת החבל בנקודת האבטוח היא מיידית, ולא נביא בחשבון [[אבטחה דינאמית]].
 
  
 +
4. נקודת האבטוח – נקודת האבטוח כוללת את אביזר החיכוך, המאבטח והציוד הנלווה. למרות שלאביזר החיכוך ולמאבטח יכולה להיות השפעה עצומה על הפחתת הכוח הפועל במערכת בזמן בלימת הנפילה, לצורך דיון זה נניח שעצירת החבל בנקודת האבטוח היא מידית, ולא נביא בחשבון [[אבטחה דינאמית]].
 
==הכוח המופעל בזמן נפילה==
 
==הכוח המופעל בזמן נפילה==
בהזנחת השפעות החיכוך, הופך הכוח המופעל בזמן הנפילה לתלוי בשלושה גורמים: מקדם הנפילה, משקל המטפס וסוג החבל.
+
בהזנחת השפעות החיכוך, מקבלים כי הכוח המופעל בזמן הנפילה לתלוי בשלושה גורמים: מקדם הנפילה, משקל המטפס וסוג החבל.
  
 
==דוגמאות לעומסים הפועלים בנפילות שונות==
 
==דוגמאות לעומסים הפועלים בנפילות שונות==
שורה 66: שורה 54:
 
|}
 
|}
 
יש לשים לב לכך שמאחר ובנקודת העגינה האחרונה מופעל הכוח בשני הכיוונים, לכיוון המטפס ולכיוון המאבטח, יכול הכוח על העגינה להגיעה לעד פי שניים מהכוח המופעל על המטפס.
 
יש לשים לב לכך שמאחר ובנקודת העגינה האחרונה מופעל הכוח בשני הכיוונים, לכיוון המטפס ולכיוון המאבטח, יכול הכוח על העגינה להגיעה לעד פי שניים מהכוח המופעל על המטפס.
 +
==אורך הנפילה==
 +
בחלק הקודם ראינו שהכוח הפועל במערכת תלוי במקדם הנפילה, שמביא בחשבון גם את אורך החבל ולא רק באורך הנפילה. עם זאת, אין זה נכון שנפילות בעלות אותו מקדם נפילה "חמורות" באותה מידה כאשר באחת אורך הנפילה גדול משמעותית מאשר באחרת.
  
==אורך הנפילה==
 
בחלק הקודם ראינו שהכוח הפועל במערכת תלוי במקדם הנפילה ולא באורך הנפילה. עם זאת, אין זה נכון שנפילות בעלות אותו מקדם נפילה "חמורות" באותה מידה כאשר באחת אורך הנפילה גדול משמעותית מאשר באחרת.
 
 
אם נתעלם מסכנת הפגיעה במדפים או בליטות סלע, כאשר אורך הנפילה גדול יותר האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס, שנספגת על ידי החבל ועבודת החיכוך במערכת, גדולה יותר ככול שאורך הנפילה גדול יותר. במילים אחרות, למרות שהכוח המקסימלי תלוי במקדם הנפילה ולא באורך הנפילה. בנפילות ארוכות יופעל הכוח במשך זמן רב יותר מאשר בנפילות קצרות (או לאורך דרך ארוכה יותר).
 
אם נתעלם מסכנת הפגיעה במדפים או בליטות סלע, כאשר אורך הנפילה גדול יותר האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס, שנספגת על ידי החבל ועבודת החיכוך במערכת, גדולה יותר ככול שאורך הנפילה גדול יותר. במילים אחרות, למרות שהכוח המקסימלי תלוי במקדם הנפילה ולא באורך הנפילה. בנפילות ארוכות יופעל הכוח במשך זמן רב יותר מאשר בנפילות קצרות (או לאורך דרך ארוכה יותר).
  
 
ספיגת האנרגיה בחבל בזמן בלימת הנפילה משפיעה עליו לרעה בשתי דרכים:  
 
ספיגת האנרגיה בחבל בזמן בלימת הנפילה משפיעה עליו לרעה בשתי דרכים:  
  
התארכות החבל והפחתת היכולות הדינמיות שלו – בזמן ספיגת האנרגיה של הנפילה החבל מתארך ומאבד מהתכונות האלסטיות שלו כך שבנפילה הבאה יכולתו לספוג אנרגיה קטנה יותר. ידוע שאם נותנים לחבל "לנוח" אחרי שספג נפילה הוא "מתכווץ" חזרה (גם אם לא לגמרי) ובמידה מסוימת מחזיר לעצמו לפחות חלק מהתכונות האלסטיות שלו.
מבחינה זו משולה נפילה ארוכה למספר נפילות קצרות ללא כל מנוחה בינהן, ולכן היא "חמורה" בהרבה מנפילה קצרה באותו מקדם.
+
התארכות החבל והפחתת היכולות הדינמיות שלו – בזמן ספיגת האנרגיה של הנפילה החבל מתארך ומאבד מהתכונות האלסטיות שלו כך שבנפילה הבאה יכולתו לספוג אנרגיה קטנה יותר. ידוע שאם נותנים לחבל "לנוח" אחרי שספג נפילה הוא "מתכווץ" חזרה (גם אם לא לגמרי) ובמידה מסוימת מחזיר לעצמו לפחות חלק מהתכונות האלסטיות שלו.
 מבחינה זו משולה נפילה ארוכה למספר נפילות קצרות ללא כל מנוחה ביניהן, ולכן היא "חמורה" בהרבה מנפילה קצרה באותו מקדם.
 +
 
 +
חימום – בזמן בלימת הנפילה האנרגיה הפוטנציאלית שהפכה לאנרגית הימתחות של החבל, הופכת לחום שנוצר כתוצאה מעבודת חיכוך (אחרת היינו ממשיכים להתנדנד מעלה ומטה על החבל לנצח). החום נוצר כתוצאה מחיכוך בגורמים חיצוניים כמו הטבעות או הסלע, וגם כתוצאה מחיכוך בתוך החבל בין הסיבים השונים ובין הליבה למעטפת, והוא מפוזר בין חלקי המערכת ומשם אל האוויר. לחום השפעה מזיקה על החבל והוא עלול לגרום לו לדפורמציות – התכה של סיבי החבל והתקשות בצורה אחרת (לא סיבית) או אפילו בהמסה מלאה.

  
חימום – בזמן בלימת הנפילה האנרגיה הפוטנציאלית שהפכה לאנרגית הימתחות של החבל, הופכת לחום שנוצר כתוצאה מעבודת חיכוך (אחרת היינו ממשיכים להתנדנד מעלה ומטה על החבל לנצח). החום נוצר כתוצאה מחיכוך בגורמים חיצוניים כמו הטבעות או הסלע, וגם כתוצאה מחיכוך בתוך החבל בין הסיבים השונים ובין הליבה למעטפת, והוא מפוזר בין חלקי המערכת ומשם אל האוויר, לחום השפעה מזיקה על החבל והוא עלול לגרום לו לדפורמציות – התכה של סיבי החבל והתקשות בצורה אחרת (לא סיבית) או אפילו בהמסה מלאה.

 
 
כאמור, בנפילה ארוכה יותר האנרגיה הפוטנציאלית המתפזרת בחבל גדולה יותר, ולכן החום שנוצר במערכת גדול יותר. מבחינה זו נפילה ארוכה היא חמורה יותר מנפילה קצרה באותו מקדם.   
 
כאמור, בנפילה ארוכה יותר האנרגיה הפוטנציאלית המתפזרת בחבל גדולה יותר, ולכן החום שנוצר במערכת גדול יותר. מבחינה זו נפילה ארוכה היא חמורה יותר מנפילה קצרה באותו מקדם.   
 
   
 
   
שורה 84: שורה 73:
  
 
=סיכום=
 
=סיכום=
*מקדם הנפילה מוגדר כיחס בין אורך הנפילה לאורך החבל שסופג אותה, והוא מדד חשוב להערכת הכוח הפועל במערכת בזמן נפילה, אם כי קשה להעריך את גודל הכוח וקל יותר להשוות חומרה של שתי נפילות.
+
* מקדם הנפילה מוגדר כיחס בין אורך הנפילה לאורך החבל שסופג אותה, והוא מדד חשוב להערכת הכוח הפועל במערכת בזמן נפילה, אם כי קשה להעריך את גודל הכוח וקל יותר להשוות חומרה של שתי נפילות.
 
+
* ככל שמקדם הנפילה גדול יותר הנפילה חמורה יותר.
*ככל שמקדם הנפילה גדול יותר הנפילה חמורה יותר.
+
* בהינתן שתי נפילות בעלות מקדם נפילה זהה, הנפילה הארוכה יותר, חמורה יותר.
 
+
* ככל שהחבל אלסטי יותר העומס במערכת יהיה קטן יותר. בהובלה - חובה להשתמש בחבלים דינמיים.
*בהינתן שתי נפילות בעלות מקדם נפילה זהה, הנפילה הארוכה יותר, חמורה יותר.
+
* המתיחות בחבל זהה בכל נקודה (אם מזניחים את החיכוך ב[[טבעות]] של ה[[ראנרים]]) ולכן הכוח על העגינה האחרונה (בה הזווית בחבל היא 0° בקירוב) קרוב לפעמיים הכוח הפועל על המטפס.
 
+
* בהינתן שתי נפילות באותו אורך, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמאבטח גדול יותר, תפעיל פחות עומס על המערכת.
*ככל שהחבל אלסטי יותר העומס במערכת יהיה קטן יותר. בהובלה - חובה להשתמש בחבלים דינמיים.
+
* בהינתן שתי נפילות בהן נמתח אותו אורך חבל, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמוביל גדול יותר, תפעיל יותר עומס על המערכת.
 
+
* כאשר מתחילים לטפס מהקרקע או ממדף גדול, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 1, ומשמעו פגיעה בקרקע.
*המתיחות בחבל זהה בכל נקודה (אם מזניחים את החיכוך בטבעות) ולכן הכוח על העגינה האחרונה (בה הזווית בחבל היא 0° בקירוב) קרוב לפעמיים הכוח הפועל על המטפס.
+
* כאשר מתחילים לטפס מתחנה, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 2.
 
+
=קריאה נוספת=
*בהינתן שתי נפילות באותו אורך, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמאבטח גדול יותר, תפעיל פחות עומס על המערכת.
+
* [[מקדם נפילה]]
 
+
* [[כוח בלימה]]
*בהינתן שתי נפילות בהן נמתח אותו אורך חבל, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמוביל גדול יותר, תפעיל יותר עומס על המערכת.
+
* [[כוחות בבלימת נפילה]]
 
+
* [[מקדם נפילה אפקטיבי]]
*כאשר מתחילים לטפס מהקרקע או ממדף גדול, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 1, ומשמעו פגיעה בקרקע.
+
* [[אבטחה דינאמית]]
 
+
* [[אבטחה דינאמית למתקדמים]]
*כאשר מתחילים לטפס מתחנה, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 2.
+
==קישורים חיצוניים==
 
+
* [http://personal.strath.ac.uk/andrew.mclaren/Pavier.pdf כוחות בזמן בלימת נפילה]
=מאמרים נוספים בנושא=
 
[[מקדם נפילה]]
 
 
 
[[כוח בלימה]]
 
 
 
[[כוחות בבלימת נפילה]]
 
 
 
[[אבטחה דינאמית]]
 
 
 
[[אבטחה דינאמית למתקדמים]]
 
 
----
 
----
 
תרמו לדף זה: [[משתמש: מיכה יניב|מיכה יניב]], דורון נצר, ארנון נצר ואחרים...
 
תרמו לדף זה: [[משתמש: מיכה יניב|מיכה יניב]], דורון נצר, ארנון נצר ואחרים...
  
[[קטגוריה: טכניקות ומיומנויות]][[קטגוריה: טיפוס הרים]][[קטגוריה: טיפוס סלע]][[קטגוריה: טיפוס מלאכותי]][[קטגוריה: טיפוס]]
+
[[קטגוריה: טכניקות ומיומנויות]][[קטגוריה: טיפוס הרים]][[קטגוריה: טיפוס סלע]][[קטגוריה: טיפוס מלאכותי]][[קטגוריה: טיפוס]][[קטגוריה: טיפוס ספורטיבי]][[קטגוריה: בטיחות]][[קטגוריה: מאמרים מתורגמים ומקוריים]]

גרסה אחרונה מ־03:15, 4 בפברואר 2021

דינאמיקה של נפילות היא הנושא המתאר את התהליכים המתרחשים בזמן נפילה, המאמצים והכוחות המופעלים על הנופל, על החבל, על העגינות ומכשיר החיכוך.

כמה הגדרות

נפילת הובלה

נפילה בהובלה במקרה בו המטפס נמצא מעל העגינה האחרונה שלו. הנפילה נחשבת חמורה יותר ככל שהכוח המתפתח במהלך בלימת הנפילה גדול יותר.

כוח בלימה

הכוח המקסימאלי המתפתח בזמן בלימת נפילה.

מרחק בלימה

המרחק עליו מתבצעת הבלימה. בבלימת נפילה מרחק הבלימה הוא מידת התארכות החבל בזמן בלימת הנפילה.

אלסטיות

מתיחות, תכונתו של גוף לשנות אורך כאשר מפעילים כוח.

מודול החבל

מודול האלאסטיות של החבל הוא היחס בין הכוח המופעל לבין מידת ההתארכות.

מקדם נפילה

היחס בין אורך הנפילה לבין אורך החבל המשתתף בבלימה. מקדם הנפילה משמש מדד לחומרת הנפילה. מקדם הנפילה הולך כמו כוח הבלימה.

התארכות

תוספת האורך (באחוזים), ההפרש בין האורך לאחר מתיחה לאורך המקורי.

הקשר בין מרחק בלימה לכוח בלימה

FFVsIF.jpg

גרף המשווה תוצאות של ניסוי (הנקודות) לתוצאות החישוב התיאורטי המניח כי מודול האלאסטיות של החבל הוא ליניארי.

מבוא

בזמן טיפוס מתרחשות נפילות בהם המטפס ניתק מהקיר ומערכת האבטחה (חבל, עיגון, רתמה, מאבטח...) בולמת את נפילתו. בזמן הנפילה ובזמן בלימתה מופעלים על מערכת האבטחה כוחות פיסיקליים ונספגת בה אנרגיית הנפילה.

הבנת ה"דינמיקה של הנפילה" תאפשר לנו להעריך איזו נפילה "חמורה" יותר ואיזו "חמורה" פחות, ולהיערך מראש (על ידי בחירת ציוד מתאים, מיקום נכון של העוגנים וכו') על מנת להקטין את חומרת הנפילה.

חלקי מערכת האבטחה

נתחיל את הדיון בדינמיקה של הנפילה בזיהוי חלקי מערכת האבטחה ופעולתם בזמן הנפילה. באופן סכמטי נחלק את מערכת האבטחה לארבעה חלקים עיקריים:

1. המטפס – בזמן נפילה המטפס יורד מגובה מסוים לגובה נמוך יותר ותוך כדי כך מאיץ וצובר מהירות, בזמן בלימת הנפילה מאיט המטפס עד לבלימה מלאה על ידי מערכת האבטחה. במילים אחרות האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס הופכת לאנרגיה קינטית וזו בתורה נספגת ומפוזרת על ידי מערכת האבטחה. מאחר ואנרגיה פוטנציאלית תלויה בגובה ובמסה, ברור שאורך הנפילה ומשקלו של הנופל הם גורמים משמעותיים לחומרת הנפילה.


באופן טבעי נשאף שהכוח המופעל על המטפס בזמן בלימת הנפילה יהיה קטן ככל האפשר. כוחות גדולים שיפעלו על המטפס עלולים לגרום לפגיעה פיזיולוגית בו, או לכשל של הציוד (רתמה).

2. נקודת העיגון – נקודה זו חשובה לענייננו מאחר שבהזנחת חיכוך וללא אבטחה דינאמית, יופעל על נקודה זו (אם מזניחים את החיכוך) כוח כפול מהכוח שיופעל על חלקי המערכת האחרים (הסבר בהמשך) ולפיכך נקודת העיגון נמצאת בסיכון גבוה לכשל ציוד.

3. חבל – חבל ההובלה הוא האלמנט במערכת שסופג את מרבית אנרגית הנפילה. מרבית האנרגיה הקינטית מומרת לחום על ידי חיכוך החבל בגורמים חיצוניים (טבעת העיגון, אמצעי האבטחה, חיכוך עם הקיר) וחיכוך פנימי בין סיבי החבל. השאר מומרת לאנרגיה אלאסטית על ידי התארכות החבל בזמן הבלימה. הדרך המדוייקת שבה נספגת האנרגיה על ידי החבל בזמן התארכותו היא מחוץ להיקף של דיון זה, ונזכיר רק שמידת האלסטיות של החבל ואורך החבל שסופג את אנרגיית הנפילה משמעותיים מאד לחומרת הנפילה:

ככל שהחבל אלסטי יותר הוא יתארך יותר בקלות, וככל שהקטע שסופג את הנפילה יהיה ארוך יותר הוא יוכל להימתח יותר, והבלימה תהיה "רכה" יותר (חישבו על נפילה על כבל פלדה לעומת חבל בנג'י).

4. נקודת האבטוח – נקודת האבטוח כוללת את אביזר החיכוך, המאבטח והציוד הנלווה. למרות שלאביזר החיכוך ולמאבטח יכולה להיות השפעה עצומה על הפחתת הכוח הפועל במערכת בזמן בלימת הנפילה, לצורך דיון זה נניח שעצירת החבל בנקודת האבטוח היא מידית, ולא נביא בחשבון אבטחה דינאמית.

הכוח המופעל בזמן נפילה

בהזנחת השפעות החיכוך, מקבלים כי הכוח המופעל בזמן הנפילה לתלוי בשלושה גורמים: מקדם הנפילה, משקל המטפס וסוג החבל.

דוגמאות לעומסים הפועלים בנפילות שונות

הכוח המקסימאלי הפועל על המטפס ( Kg ) פרטי הנפילה סוג החבל
1800~ מטפס במשקל 80 קילו, מקדם נפילה 2 סטטי
900~ מטפס במשקל 80 קילו, מקדם נפילה 2 דינמי
600~ מטפס במשקל 80 קילו, מקדם נפילה1.1 דינמי
350~ מטפס במשקל 80 קילו, מקדם נפילה0.25 דינמי

יש לשים לב לכך שמאחר ובנקודת העגינה האחרונה מופעל הכוח בשני הכיוונים, לכיוון המטפס ולכיוון המאבטח, יכול הכוח על העגינה להגיעה לעד פי שניים מהכוח המופעל על המטפס.

אורך הנפילה

בחלק הקודם ראינו שהכוח הפועל במערכת תלוי במקדם הנפילה, שמביא בחשבון גם את אורך החבל ולא רק באורך הנפילה. עם זאת, אין זה נכון שנפילות בעלות אותו מקדם נפילה "חמורות" באותה מידה כאשר באחת אורך הנפילה גדול משמעותית מאשר באחרת.

אם נתעלם מסכנת הפגיעה במדפים או בליטות סלע, כאשר אורך הנפילה גדול יותר האנרגיה הפוטנציאלית של המטפס, שנספגת על ידי החבל ועבודת החיכוך במערכת, גדולה יותר ככול שאורך הנפילה גדול יותר. במילים אחרות, למרות שהכוח המקסימלי תלוי במקדם הנפילה ולא באורך הנפילה. בנפילות ארוכות יופעל הכוח במשך זמן רב יותר מאשר בנפילות קצרות (או לאורך דרך ארוכה יותר).

ספיגת האנרגיה בחבל בזמן בלימת הנפילה משפיעה עליו לרעה בשתי דרכים:

התארכות החבל והפחתת היכולות הדינמיות שלו – בזמן ספיגת האנרגיה של הנפילה החבל מתארך ומאבד מהתכונות האלסטיות שלו כך שבנפילה הבאה יכולתו לספוג אנרגיה קטנה יותר. ידוע שאם נותנים לחבל "לנוח" אחרי שספג נפילה הוא "מתכווץ" חזרה (גם אם לא לגמרי) ובמידה מסוימת מחזיר לעצמו לפחות חלק מהתכונות האלסטיות שלו.
 מבחינה זו משולה נפילה ארוכה למספר נפילות קצרות ללא כל מנוחה ביניהן, ולכן היא "חמורה" בהרבה מנפילה קצרה באותו מקדם.

חימום – בזמן בלימת הנפילה האנרגיה הפוטנציאלית שהפכה לאנרגית הימתחות של החבל, הופכת לחום שנוצר כתוצאה מעבודת חיכוך (אחרת היינו ממשיכים להתנדנד מעלה ומטה על החבל לנצח). החום נוצר כתוצאה מחיכוך בגורמים חיצוניים כמו הטבעות או הסלע, וגם כתוצאה מחיכוך בתוך החבל בין הסיבים השונים ובין הליבה למעטפת, והוא מפוזר בין חלקי המערכת ומשם אל האוויר. לחום השפעה מזיקה על החבל והוא עלול לגרום לו לדפורמציות – התכה של סיבי החבל והתקשות בצורה אחרת (לא סיבית) או אפילו בהמסה מלאה.


כאמור, בנפילה ארוכה יותר האנרגיה הפוטנציאלית המתפזרת בחבל גדולה יותר, ולכן החום שנוצר במערכת גדול יותר. מבחינה זו נפילה ארוכה היא חמורה יותר מנפילה קצרה באותו מקדם.

השפעת התופעות שהוסברו כאן היא משמעותית ביותר, וזו הסיבה שחבל שספג נפילה ארוכה צריך להיפסל גם אם המקדם אינו גבוה במיוחד.

הכוח המופעל על המטפס בנפילה כפונקציה של הזמן בנפילה ארוכה ובנפילה קצרה: Big small fall.jpg

סיכום

  • מקדם הנפילה מוגדר כיחס בין אורך הנפילה לאורך החבל שסופג אותה, והוא מדד חשוב להערכת הכוח הפועל במערכת בזמן נפילה, אם כי קשה להעריך את גודל הכוח וקל יותר להשוות חומרה של שתי נפילות.
  • ככל שמקדם הנפילה גדול יותר הנפילה חמורה יותר.
  • בהינתן שתי נפילות בעלות מקדם נפילה זהה, הנפילה הארוכה יותר, חמורה יותר.
  • ככל שהחבל אלסטי יותר העומס במערכת יהיה קטן יותר. בהובלה - חובה להשתמש בחבלים דינמיים.
  • המתיחות בחבל זהה בכל נקודה (אם מזניחים את החיכוך בטבעות של הראנרים) ולכן הכוח על העגינה האחרונה (בה הזווית בחבל היא 0° בקירוב) קרוב לפעמיים הכוח הפועל על המטפס.
  • בהינתן שתי נפילות באותו אורך, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמאבטח גדול יותר, תפעיל פחות עומס על המערכת.
  • בהינתן שתי נפילות בהן נמתח אותו אורך חבל, זו שבה מרחק העגינה האחרונה מהמוביל גדול יותר, תפעיל יותר עומס על המערכת.
  • כאשר מתחילים לטפס מהקרקע או ממדף גדול, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 1, ומשמעו פגיעה בקרקע.
  • כאשר מתחילים לטפס מתחנה, הערך המקסימאלי של מקדם הנפילה הוא 2.

קריאה נוספת

קישורים חיצוניים


תרמו לדף זה: מיכה יניב, דורון נצר, ארנון נצר ואחרים...