הצגת המקור של הדף "מדוע נוצרים פיתולים בחבל, ואיך אפשר להימנע מכך?"

שאלה מצויינת, כרגיל - נחדד אותה קודם לתשובה:

כידוע, ישנם [[אמצעי חיכוך|מכשירי אבטוח וגלישה]] הגורמים ל[[קינקים|פיתול]] ב[[חבלים|חבל]]. אפשר היה לחשוב שהחבל נכנס למכשיר כשהוא ישר ויוצא ממנו מפותל, אבל הרי הפיתולים מופיעים דווקא בחלק החבל שבכלל עוד לא הגיע למכשיר. מה ההסבר? היש אפשרות למנוע את התופעה הבלתי חביבה הזאת?

תשובה:

מניסוח השאלה משתמע כאילו ניתן לפתל חבל סביב צירו מנקודה מסויימת לכוון אחד בלבד, מעין "מכאן ימינה או מכאן שמאלה". אין דבר כזה, תופעה זו אינה קיימת. בין אם אתה צובט אותו בין האצבע לבוהן בנקודה לא יותר מדי קרובה לאחד הקצוות ומסובב אותו סביב צירו, ובין אם אתה נעזר בפלייר, או (לענייננו) במכשיר גלישה, את החבל ניתן לסובב סביב צירו רק באופן סימטרי לשני הכוונים.

בזמן גלישה, בחלק החבל שמתקצר הפיתולים מצטברים בצפיפות יותר גבוהה (מספר רב של פיתולים ליחידת אורך) ובחלק שמתארך בצפיפות נמוכה, אבל מספר הפיתולים הכולל חייב להיות שווה בשני החלקים.

שתי הערות לעניין זה:
# אם בגמר [[גלישה]] אתה רואה שעודף החבל הנותר על הרצפה מלא פיתולים, האינסטינקט שלך עלול לפתות אותך להעביר אותם לסוף החבל כדי שכביכול ייעלמו. זאת תהיה טעות חמורה! בזה היית משאיר את הפיתולים שבחלק העליון (זה שהתארך) ללא אפשרות קלה ופשוטה לבטל אותם. במקום זאת אתה יכול לא לעשות כלום, ובפעם הבאה שהחבל יימתח הפיתולים יבטלו אלה את אלה מעצמם. אתה יכול גם לתפוס את קצה החבל ולמתוח אותו בלי לחכות לפעם הבאה שיימתח באקראי, ואתה יכול בכוונה להעביר את הפיתולים בחזרה "לתוך" החבל ושם כבר יעלמו באופן אוטומטי. רק לא להעביר אותם לסוף החבל.
# אם אתה גולש בשיפוע שלילי, אף אם המכשיר שלך נוטה לפתל, החבל לא יקבל פיתול, אלא אתה תסתובב סביב ציר החבל. אם בזמן הגלישה רגליך נוגעות במצוק, לעומת זאת, הן מונעות ממך להסתובב ובזה הן גורמות לפיתול בחבל.

כמה דוגמאות שלא מתחום הטיפוס בעלות דמיון כלשהו לבעיה הנדונה:

תחשוב על ספיראלה. למשל זאת של מנעול עם [[כבלים|כבל]] ספיראלי לקשירת אופניים. דמיין שמשחילים את הקצה שלה לתוך טבעת קבועה בקיר (או בטבעת של בולט כימי, אם זה יותר קרוב לליבך). אם תרצה לקדם את הספיראלה, תוכל לסובב אותה (כמו בורג) והיא תתקדם. או, לחליפין, תוכל למשוך אותה, ואז היא תסתובב תוך כדי כך. הסיבוב וההתקדמות הם שני ביטויים של אותו תהליך. זה מה שקורה במכשיר גלישה מפתל: החבל מכופף בו באלכסון (קטע מספיראלה), מושכים אותו, והוא מקבל פיתול.

גם שרוכי נעליים עוברים באלכסון דרך חורי הנעל. אם יש לך נעליים שבהם השרוכים מקבלים כל הזמן פיתול מרגיז, תבדוק ותמצא בודאי שהשרוכים עוברים כך שזה שיוצא כלפי מעלה נכנס לחור הבא מלמעלה, וזה שיוצא כלפי מטה נכנס לחור הבא מלמטה, כמו ספיראלה אחרי שמכונית דרסה אותה. תחליף את הסידור כך שכל השרוכים יצאו תמיד כלפי מעלה מכל החורים, והוקוס-פוקוס! הפיתול המרגיז ייפסק.

ועוד דוגמה: קח חתיכה קטנה של חבל טיפוס (משהו כמו 10 ס"מ) תניח אותה על השולחן, תעביר עליה באלכסון מוט כלשהו, ותניע אותו קדימה ואחורה. ברור שנקודת המגע של המוט תנוע לאורך חתיכת החבל מקצה אחד לשני וחזרה (הקבלה להתקדמות בגלישה), ושבו בזמן אותה חתיכת חבל תסתובב סביב צירה בכיוון ימין ושמאל לסרוגין (הקבלה לפיתול).

נערכו ניסויים מבוקרים בחבל טיפוס בקוטר 9 מ'מ ובאורך 5 מ' שהועבר סביב מוט (צינור) אופקי בקוטר חיצוני של 2.54 סמ' (צול אחד) עשוי נירוסטה מבריקה, כלומר בעל מקדם חיכוך לא גדול, כשבקצה החבל נעוצה סיכה בניצב לציר החבל המאפשרת לספור את מספר הסיבובים. החבל הועבר כך ב-12 מצבים שונים כשבכל מצב ומצב בוצעו לפחות 10 הרצות.

1)    חצי ליפוף (כלומר רק הלוך וחזור סביב המוט) בניצב לציר המוט.

לא נרשם כל פיתול.

2)    עדיין חצי ליפוף, אבל כשהחבל יוצא בזוית של 45 מעלות מהניצב למוט. החלק המתקצר בא מצד ימין מתחת למוט והחלק המתארך יוצא כלפי שמאל מעל למוט.

נרשמו 0.3 7.3± סיבובים.

3)    כמו בניסוי 2, אבל בזוית של 60 מעלות מהניצב למוט.

נרשמו 0.3 8.5± סיבובים.

4)    כמו בניסוי 2, אבל בזוית של 30 מעלות מהניצב למוט.
נרשמו 0.5 5.5± סיבובים.

5)    כמו בניסוי 2, אבל עם ליפוף נוסף של החבל סביב המוט, כלומר עם שטח מגע גדול פי 3 מאשר בניסוי 2.
נרשמו 0.3 10.5± סיבובים.

6)    כמו בניסוי 2, אבל בהפעלת כוח רב (הישענות אחורה בעת הניסוי), כך שהחבל היה מתוח.
נרשמו 0.3 7.4± סיבובים.

7)    כמו בניסוי 2, אבל בכיוון הפוך: החבל בא מצד ימין מעל למוט, ויוצא כלפי שמאל מתחת למוט, כך שהפיתול יתקבל בכוון נגדי לזה של הניסויים הקודמים.
נרשמו 0.3 7.2± סיבובים.

ניסוי 7 הוצע ע'י [[משתמש:מיכה יניב|מיכה יניב]]: מספר הגדילים בליבה תמיד אי-זוגי: 1, 7, 19... (כמו שמסדרים עיגולים או משושים במישור) לכן היצרן לא יכול לאזן בדיוק גדילי s מול גדילי z. כדאי איפא לבדוק באותה ההזדמנות אם חבלי הטיפוס בעצמם לגמרי מאוזנים מבחינת כוון הפיתול. ניסוי 7 מראה שחבל זה אכן היה מאוזן.

8)    כמו בניסוי 2, אבל סביב מוט נירוסטה מבריקה בקוטר של 2.2 סמ' (15% פחות עבה מזה של הניסויים הקודמים).
נרשמו 0.2 7.4± סיבובים.

היה חשוב גם לבדוק מה השפעת החיכוך על הפיתול. ופה אני מציע שהקורא יפסיק את הקריאה לרגע וירשום על פתק מה הניחוש שלו. למשל, הניחוש שלי היה שמתחת לאיזה שהוא סף-חיכוך מינימאלי, אין בכלל פיתול, ומעל לסף זה כל דרגות החיכוך יגרמו לאותו פיתול. כמו בצמיג; אם הוא כבר תופס בכביש לא משנה כמה טוב הוא תופס. אבל אם כבר ישנו שינוי כלשהו, חשבתי, הריהו בודאי מזערי והמגמה תהיה כזאת שהחיכוך מגדיל במקצת את הפיתול, כמו בכל המקרים של גרירה. הניסויים הראו שההיפך הוא הנכון:

9)    כמו בניסוי 2, אבל סביב מקל עץ מחוספס בקוטר 3.1 סמ' (22% יותר עבה מזה של הניסויים הקודמים).
נרשמו 0.3 6.2± סיבובים.

10)    כמו בניסוי 2, אבל סביב מקל עץ מחוספס בקוטר 2.2 סמ' (40% פחות עבה מזה של הניסוי הקודם).
נרשמו 0.3 6.7± סיבובים.

11)    כמו בניסוי 2, אבל סביב גליל פלסטיק בקוטר 2.82 סמ', החופשי להסתובב סביב אותו המקל בקוטר 2.2 סמ'. ניסוי זה והבא אחריו אמורים לייצג חיכוך יותר נמוך מזה של ניסוי 2. 
נרשמו 0.4 9.3± סיבובים.

12)    כמו בניסוי 11, אבל סביב גליל פלסטיק בקוטר 2.11 סמ', החופשי להסתובב סביב מקל בקוטר 1.0 סמ'.
נרשמו 0.5 10.0± סיבובים.

מכיון שניסוי 2 מהווה בסיס להשוואה עם מצבים אחרים, הדיוק של תוצאותיו חשוב במיוחד. בוצעו איפא 10 הרצות נוספות, ומתוך סך ה-20 נפסלו 3 הגבוהות ביותר ו-3 הנמוכות ביותר. לפי ה-14 הנותרות
נרשמו 0.1 7.3± סיבובים.

למדייקים: הערך שמובא אחרי הסימן ± בכל הניסויים אינו הערכת אי-הודאות שלוקחת בחשבון אי-דיוקים בהערכת הזוית, שארית אפשרית של פיתול מהמדידה הקודמת, הערכה לא מדוייקת של עשיריות הסיבוב וכו', וגם אינו טווח המדידות כולו, אלא רק סטיית התקן σ.

אזהרה למי שחושב להשתמש באורך החבל לחישוב כלשהו: אורך החבל היה אמנם 5 מ', אבל על מנת לקצר את משך הזמן של הניסויים, כל הרצה הופסקה כשקצה החבל הגיע למוט, ולא כשקצה החבל עזב את המוט. לכן יש להחסיר מאורך החבל כמה סמ' בהתאם לזויות השונות ולמספר הליפופים.

המסקנות מניסויים אלה הן:
[[תמונה: graph1.jpg|שמאל|ממוזער|400px|גרף 1: פיתול בחבל בתלות הזוית מהניצב למוט בקוטר 2.54 סמ'.]]

[[תמונה: graph2.jpg|שמאל|ממוזער|400px|גרף 2: פיתול בחבל בתלות קוטר המוט עבור שלושה מקדמי חיכוך, בזוית של 45 מעלות מהניצב למוט.]]
א' - אין פיתול כשהחבל ניצב למוט.

ב' - הפיתול הולך וגדל ככל שגדלה זוית החבל כלפי הניצב למוט (גרף 1).

ג' - המתח בחבל אינו משפיע על שעור הפיתול.

ד' - הפיתול סימטרי בשני הכוונים כלפי ציר החבל.

ה' - הפיתול גדל ככל שקטן קוטר המוט (גרף 2).

ו' -  החיכוך מקטין את הפיתול, ולא במידה מזערית (גרף 2).

אשר למסקנה ו': כנראה שהמנגנון של הווצרות הפיתול הוא בעיקרו עניין של גיאומטריה מרחבית ולא של גרירה; החיכוך מהווה לכן גורם מעכב.

ולחלק השני של השאלה (האם אפשר למנוע את הפיתול):

כל אחד מאתנו מחזיק את החבל בצד השולט (control) בזוית מרחבית אופיינית לו. ועובדה, אותו המכשיר יכול לגרום לפיתול אצל אחד ולא אצל מישהו אחר. לכן כדאי לנסות זויות מרחביות שונות וללמוד איזוהי הרצויה ביותר, הן מבחינת השליטה והכוח הדרוש והן מבחינת הפיתול הנוצר.

למשל, שמינית ידועה כיוצרת פיתול, אבל אם ישתמשו בה כך שהצד השולט יוצא בדיוק במקביל לצד המתוח, אולי יידרש יותר כוח ביד השלטת אבל אז לא יווצר פיתול. זה בדוק. מסתבר שבמחצית אחת של מסלול-החבל בתוך השמינית נוצר פיתול בכוון אחד ובמחצית השניה נוצר פיתול בכוון ההפוך, ושניהם מבטלים זה את זה.

זה גם מהווה חיזוק למסקנה ג' של הניסויים המבוקרים המוזכרים לעיל, האומרת שהמתח בחבל אינו משפיע על שעור הפיתול. לולא כן, שני הפיתולים שבתוך השמינית לא יכלו לבטל זה את זה כשאחד נוצר תחת מתח של כ-650 ניוטונים והשני תחת מתח של ניוטונים בודדים.

----
תרמו לדף זה: אנדריאה ענתי, יונתן ברלב, יוסי פרג׳ון, דודי ברונפמן, [[משתמש: מיכה יניב|מיכה יניב]] ואחרים...

[[קטגוריה: מאמרים מקוריים ומתורגמים]][[קטגוריה: טיפוס]][[קטגוריה: ציוד]]