Физика падения, которую должен знать каждый скалолаз

Силы удара во время срыва при лазании с верхней страховкой - бонусный эпизод Мастер-класса по страховке.

Поймите, какую роль играет длина веревки, растяжение и трение при срывах в скалолазании, и вы станете потрясающим страхующим ;)

Райан проверяет силы, возникающие при реальных срывах в скалолазании:
https://www.youtube.com/watch?v=m8z6adEqaOs

Здесь нет гравитации:
https://www.youtube.com/watch?v=Xc4xYacTu-E

И я намеренно пропустил разговор о факторе рывка... они почти ничего не значат в ситуациях, возникающих при лазании с нижней страховкой.
Фактор рывка = расстояние падения / длина веревки... Но в нем не учитывается фактор того, как был остановлен скалолаз (жёстко или мягко).
И вы не можете сравнивать факторы рывка лабораторных экспериментов по сбрасыванию веса с реальной жизнью, потому что тело альпиниста поглотит 70% удара по сравнению с жестким падением веса
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/Fall-comparison-with-rigid-human-mass

И, пожалуйста, никому не говорите, что 1 кН равен 100 кг, потому что это не только приближение, но и зависит от контекста ;)

0:00 Вступление
0:25 Что такое Сила
1:59 Прочность снаряжения
5:54 Петля из дайнемы рвётся при небольш кН
7:48 Динамическое Падение
10:54 Силы падения в реальной жизни
11:22 Большой срыв против маленького падения
17:07 Трение

Вот куча других вкусностей:

DMM разрывает альпинистскую петлю:
https://dmmclimbing.com/Knowledge/June-2010/How-to-Break-Nylon-Dyneema%C2%AE-Slings

Гравитация меняется от месяца к месяцу:
https://earthdata.nasa.gov/learn/sensing-our-planet/matter-in-motion-earth-s-changing-gravity

Простой способ расчета силы удара:
https://sciencing.com/calculate-force-impact-7617983.html

Максимальное допустимая сила для альпинистских веревок:
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/How-was-the-max--impact-force-of-12kN-determined-

Трение веревки увеличивает силу, действующую на скалолаза:
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/Consequences-of-poor-rope-drag-management-in-a-common-fall

Сравнение силы удара ГриГри и корзинки
https://www.petzl.com/BE/en/Sport/Influence-of-the-belay-device

Если вы получаете пользу от моих видео и хотите чувствовать себя хорошо - подумайте о том, чтобы поддержать меня: https://hardiseasy.com
Потому что это имеет большое значение и является главной причиной, по которой я занимаюсь этим проектом!
Глубокая Благодарность!
Бен

Тут написано килоньютоны...

После этого видео

вы будете гораздо лучшее понимать

чем, вероятно, 99%
остальных скалолазов,

что на самом деле
означают эти килоньютоны,

и какие силы задействованы в
реальных скалолазных падениях.

А потом я объясню, почему глубокие,
очень глубокие срывы

часто намного мягче
невысоких падений.

Но сначала давайте выясним,
что такое сила.

Мне нравится играть со своими
подписчиками в Instagram,

поэтому я решил спросить их,
что приходит им в голову,

когда они слышат слово сила.

Половина людей сказала,

что это как-то связано
со «Звездными войнами».

Довольно честно.
...надо бы посмотреть...

И затем, прежде чем
вы начнете думать,

что половина моих подписчиков
в Instagram действительно умные,

Я должен сказать, что большинство
из них вообще не голосовали.

Итак, я представляю себе
что-то типа

Что... такое... сила?

ОШИБКА...

Хорошо, но те, кто хотел казаться умным

сказал, что сила - это масса,
умноженная на ускорение,

это формула, которую Ньютон, этот парень,

придумал.

- [Ньютон] О, да.

Вот почему мы измеряем
силу в Ньютонах.

Что для меня немного
смешно, если подумать,

представьте себе Ньютона.

(нежная музыка)

Итак, мы измеряем
массу в килограммах,

и мы измеряем ускорение
в метрах на секунду в квадрате.

Затем нам нужно измерить
силу... в Ньютонах.

(аплодисменты)

Итак, чтобы представить эту
формулу в перспективе,

это как один Ньютон,
этот парень,

толкает один килограмм массы

и это заставляет
эту массу ускоряться

на один метр в секунду,
каждую секунду.

Итак, у меня есть карабин.

Если я приложу к нему
весь свой вес, вот так,

вопрос в том, какая
сила прямо сейчас

в этом карабин?

Итак, если мы
вернемся к формуле,

мы можем сказать, что
масса - это моя масса

умноженное на ускорение.

Какое ускорение?

Я на дереве вишу -
нет движения, нет ускорения...

или есть ускорение?

(веселая музыка)

Смотрите, вы наверняка
видели этот эксперимент раньше,

У меня есть тяжелый предмет
и легкий предмет.

И вопрос в том, если я отпущу

их одновременно,

какой из них упадет на землю первым?

Давай попробуем.

Так что да, они упали одновременно,

потому что это то,
что делает гравитация,

она заставляет предметы
падать с одинаковым ускорением

9,8 метра в секунду в секунду.

Итак, когда я вишу на этом карабине,

гравитация тянет меня вниз,

но чтобы я не двигался вниз,

должна быть противоположная сила,
которая тянула бы меня вверх.

Вот у меня пружина.

Пока гравитация тянет камень вниз,

пружина тянет камень вверх.

Таким образом, карабин на самом деле
похож на очень и очень жесткую пружину,

что тянет меня вверх.

Молекулы карабина, когда я вишу на нем.

раздвигаются,

но им нравится оставаться вместе,
поэтому они сдвигаются.

Вы не можете увидеть
это расширение карабина

на малых силах, но можно на больших.

Вот и получается,
что этот карабин

должен ускорять мой вес вверх,

на те же 9,8 метра на секунду в квадрате,

что составляет около 600 ньютонов.

Да, 600 этих парней должны
держать одного тощего парня вроде меня.

Хорошо, продолжаем, этот карабин говорит:

что он может выдержать до 26 килоньютонов.

килоньютон - это просто
тысяча ньютонов.

Значит, в нем могло
поместиться около 40 меня.

Хотел бы я иметь клон-машину,

чтобы я мог вам это продемонстрировать.

А потом представьте, сколько видео
все эти я могли бы создать.

(яркая музыка)

Итак, если вы хотите, чтобы мы
создали больше подобных видео,

нажмите кнопку "присоединиться",
это действительно поможет.

И я обещаю, что
потрачу каждую копейку,

которые я получу от вас, ребята,
на покупку клон-машины.

Наслаждайтесь.

(посмеиваясь) ОК, ты можешь
повесить 40 меня

лишь на одном карабине,
это довольно впечатляюще.

Хотя есть вещи,
которые нужно знать.

Прежде всего, все эти оценки

предназначены для нового оборудования,

износ не входит в эти оценки.

Насколько это плохо?

Я спросил своего друга Райана
с канала YouTube,

HowNOTtoHighline, потому что
у него есть хобби

ломать снаряжение.

И согласно его тестам,

большинство металлов,
как правило, довольно долго служат.

С другой стороны, с "мягкими" вещами
дело обстоит совсем по другому.

[Райан] Петля Black Diamond с минимальной
нагрузкой на разрыв 22 килоньютона.

(машина гудит)

(металлический лязг)

Что? Минимальная нагрузка
на разрыв 22 килоньютона?

- [Мужчина] Ага.

- Да, петля, с оценкой 22 килоньютона,
порвалась на шести.

Вот еще один пример.

- [Райан] О, это отличное состояние.

- [Мужчина] Я б на ней не срывался.

- [Райан] Нет, не срывался.

Хотя я бы привязал ей свою собаку.

(машина гудит)

Отлично.

- [Мужик] Я бы не стал привязывать ей
очень большую собаку.

- [Райан] (хихикает) Хорошо, давай
посмотрим,насколько большую собаку

ты мог бы привязать ей?

Ох, чихуахуа.

(мужчина смеется)

- Да, так что если ты один из этих людей

кто любит экономить деньги
и использовать очень старые,

изношенные стропы, удачи.

- [Райан] 24 килоньютона,

(машина гудит)

это не растянулось так сильно.

О, угадай, угадай.

- [Мужчина] Я видел...

- [Райан] Четыре килоньютона,
какого хрена, чувак?

- 4000 Ньютонов, ОК, сколько
может выдержать такая стропа?

Что ж, это довольно просто.

Просто разделите 4000 ньютонов на 9,8.

Или, если хотите полегче, на 10
и получите 400 килограммов.

Звучит довольно много, нет?
400 килограммов?

Ну..., все эти преобразования
из силы в килограммы

что я говорил до сих пор

основаны на том, что
груз висит статично.

Как только вещь начинает
падать, все меняется.

- [Человек] Поехали.

(металлический лязг)

- То, что вы только что видели,
это видео от DMM,

где они сбросили 80 килограммов массы,

и это порвало новую петлю из дайнемы.

Но моя цель не напугать вас,
все наоборот.

Я хочу, чтобы вы осознали,
что скалолазное снаряжение

это не магия, и если вы используете его
неправильно, то оно может не сработать.

Интересный факт. Знаете ли вы такую
шутку?

Что скалолазы любят говорить, когда они
терпят неудачу на трассе?

Что сегодня день большой гравитации.

Что ж, оказывается, это правда,

сила тяжести меняется от месяца к месяцу.

Итак, если вы один из тех людей

кто любит жаловаться,
что сегодня плохая влажность,

или плохая температура,
теперь у вас есть право жаловаться

что сегодня день плохой гравитации, ура!

Хорошо, посмотрим, что будет

когда такие объекты, как мы,
скалолазы, начинают падать.

Это было падение с 10 метров.

Посмотрим, какая сила в результате такого
падения будет приложена к скалолазу.

Формула для этого будет аналогичной той,

что у нас была раньше, за
исключением того, что нам нужно умножить

это на расстояние, на
которое скалолаз падал,

и разделить на дистанцию,
на которой скалолаз замедлял скорость.

И вы действительно заметили

насколько мягким было
падение для скалолаза?

Представьте себе,
что вы едете на машине по шоссе,

и осторожно нажимаете на тормоз,
пока не остановитесь.

Проблем нет?

А теперь представьте,
что вы едете не так быстро,

вы в городе, едете медленно,

но вы резко нажимаете на тормоз,

это было бы не очень приятно, правда?

Итак, вот первое, что я хочу,
чтобы вы запомнили из этого видео.

Воздействие на скалолаза всегда будет
домножаться на отношение двух чисел -

расстояние, которое скалолаз падал, к
расстоянию, которое скалолаз замедлялся.

Итак, давайте посчитаем: расстояние
падения было около четырех оттяжек,

и расстояние замедления было
около двух с половиной оттяжек.

И получаем около 860 Ньютонов,

Или если бы мы заменили её стандартным

80-килограммовым скалолазом, то
получили бы примерно 1,3 килоньютона.

Что немного.

Отмечу, что у этой формулы есть небольшая
проблема. Потому что она всегда даёт

его результат, который чуть меньше,
чем было бы в реальной жизни.

Но, если бы я показал,
как более точно рассчитывать,

то большинство из вас, вероятно,
просто выключили бы это видео прямо здесь.

Но нам не нужно этого делать,

потому что мы можем полагаться на
экспериментальные данные.

А кто лучший в том,
чтобы предоставлять нам такие данные?

- Привет, я Райан Дженкс и-

- И, хватит вам рекламы.

Что они сделали в этом видео,

прикрепили к скалолазу
прибор, измеряющий силу,

и сделали серию срывов.

- (смеется) Зак.

Для науки, у-у-у.

Он показывает 1,87.

- Так что большинство падений,
а, на мой взгляд,

это отличные примеры, того
как нужно страховать,

были меньше двух килоньютонов.

Теперь давайте посмотрим
на эти два крайних примера.

Скалолаз слева находится на
высоте пяти метров над шлямбуром,

так что это будет падение на 10 метров

плюс слабина в системе.

У страхующего, вероятно, есть
провисание около одного метра,

и, вероятно, есть еще один метр провисания

между оттяжками.

Итого мы смотрим на падение 12 метров.

А скалолаз справа находится
всего в одном метре над шлямбуром.

Допустим, страхующий очень боится,

и он собирается очень
жестко принять скалолаза,

Итак, мы рассматриваем
падение на два метра.

Итак, огромное падение на 12 метров или
небольшое падение на два метра.

Как ты думаешь, что

будет мягче для скалолаза?

Что ж, посмотрим,
мы знаем на сколько

скалолазы упадут,
но теперь нам нужно узнать

расстояния, которые они будут
замедляться, для обоих случаев.

И это зависит в основном от двух вещей.

Во-первых, смещение страхующего.

На очень-очень глубоком срыве
страхующий наверняка подлетит

примерно на два метра.
В то время как при маленьком падении

предположим очень частую
ошибку для новичков,

где страхующий просто выбирает слабину

и страхует очень жёстко.

И второй фактор - это растяжение верёвки.

Производители верёвки утверждают,
что если подвесить 80 килограмм

на динамической верёвке - статически,

так, без движения, то
веревка растянется на 10%.

А динамическая растяжение,
когда вы срываетесь с нижней страховкой,

до 30%.

Ну, "до 30%" нам не очень помогает.

Нам нужно знать,
как растянется эта верёвка,

при нагрузке от двух
до четырех килоньютонов,

как происходит при
срыве с верхней страховкой.

И, снова, я написал Райану.

Итак, я буду тянуть какую-то
динамическую верёвку,

чтобы увидеть,
насколько она растягивается.

Сначала мы думали,
что будет очень легко,

просто идите в парк,
натяните веревку с определенной силой,

и измерьте удлинение веревки.

Что ж, иногда легко это трудно.

Когда вы натягиваете веревку
до определенной силы

и оставляете её так, сила продолжает

растягивать верёвку и
веревка как бы сдается.

Хотя это очень интересно,
для нас это не критично.

Единственное, что ему нужно было сделать,
это натянуть веревку

так быстро, как он cможет,
до желаемой силы

и измерить растяжение.

- [Райан] Хорошо... боже мой...
это отметка семь.

На 6,9 метра... растягивается...
когда тянешь...

динамическую веревку...
с силой четыре килоньютона.

Но есть еще один интересный момент.

Как только вы очень
сильно нагружаете верёвку,

верёвке нужно время,

чтобы вернуться к исходной длине.

Это известно как отдых веревки,

и было действительно круто
увидеть как это происходит.

- [Райан] Видите, Григри
медленно отступает?

Супер интересно.

Впрочем, сейчас, наверное,
мне интереснее чем вам.

Итак, после того, как он провел
около четырех часов в парке

растягивая веревки, он получил
следующие результаты.

При силе от двух до четырех килоньютон,

веревка растянулась примерно на 20%.

Отлично, давайте воспользуемся
этим в наших расчетах.

На большом падении у нас
в результате 27 метров веревки,

так что она растянется на 5,4 метра.

А при небольшом падении,
у нас есть пять метров веревки.

И это будет она растянется на один метр.

Однако наш страхующий
паникует и выбирает верёвку по максимуму.

Поэтому он возьмет на себя половину того,
на сколько растянулась веревка,

оставляя скалолазу всего полметра.

И та-да, очень-очень глубокий срыв

будет в два с половиной раза
мягче для альпиниста,

чем маленькое падение.

О, я люблю забавные факты.

Вот еще один.

Представьте, что вы лезли и непролезли.

Но влажность была хорошей,
температура была хорошей.

Даже гравитация в тот день была хорошей.

Вы все еще можете винить Луну.

- [Рассказчик] Незначительно, но это так.

Вы весите примерно на миллионную
вашего веса меньше,

когда луна находится прямо над вами.

Так что, если хотите вылезти трассу,
лезьте, когда луна прямо над вами.

Не благодарите.

Я помню, как работал над проектом
действительно длинной 35-метровой трассы.

И мне впервые удалось собрать

все ключи и долезть до станции.

В тот момент, когда я вытягивал веревку,

чтобы вщёлкнуться в станцию,

мой страхующий не мог хорошо меня видеть.

Так что он просто выдал мне много верёвки.

А, кроме того, шлямбур перед станцией

был очень далеко,
действительно очень далеко.

Итак, пока я вытягивал веревку,

Я потерял равновесие и сорвался.

Стена летит передо мной,

и я думаю: "Почему я все еще падаю?

Хм, это необычно."

Затем я остановился
и посмотрел наверх,

Надо мной было, наверное,
пять или шесть оттяжек,

вероятно около 15 метров падения.

Но! Падение было супер мягким,
как кататься на лифте.

Вот еще один вывод из этого видео:

если скалолаз действительно высоко,

у него много веревки,
чтобы поглотить энергию падения.

Так что пока он на что-то не упадет,

падение будет мягким, вне зависимости
от того как вы страхуете.

Однако если скалолаз не так высоко,

у него не так много веревки,
чтобы поглотить энергию падения,

мягкая динамическая страховка
очень важна.

И вы можете спросить
любого легкого скалолаза,

сколько раз им ломали лодыжки

из-за того, что их жестко принимали.

Ладно, давайте немного переключимся.

Поговорим о трении,

потому что чем больше у тебя трения,

тем жёстче будет падение для скалолаза.

И вот очень яркий тому пример.

- Как видите, мы натянули букву Z.

И поэтому у нас будет сильное трение,
когда я упаду.

Эх, для науки.

О Боже!

- Итак, когда у вас много трения,

веревка рядом со скалолазом
тянется нормально,

но веревка ближе к страхующему
растягивается уже не так сильно.

Это как если бы веревка была короче,
а страхующий тяжелее одновременно.

И хотя сила, приложенная к обвязке,

всего два с половиной килоньютона,

большая часть этой силы
маятником вошла в стену.

И вот так ломаем лодыжки.

Поэтому удлинение оттяжек
не только помогает вщёлкиваться,

но и избегать ситуаций как эта,

(веселая музыка)

но также снижает силы удара,
воздействующие на скалолазов при срыве.

Хорошо, вернемся к тесту от DMM,

в котором рвут петлю.

Петли из дайнимы очень статические,
они совсем не растягиваются.

И я надеюсь, что теперь вы понимаете

что эта резкая остановка
может создать огромные силы.

Если нет, попросите кого-нибудь
дать вам пощечину.

Эта остановка на лице будет в общем тем,
что вам нужно понять.

Итак, давайте сделаем очень безумную
и, вероятно, очень неточную догадку

что эта петля растянется
примерно на пять сантиметров.

Итак, если мы сбросим
80 килограмм,

на расстояние 120 сантиметров,

а расстояние поглощения
составляет всего пять сантиметров,

мы получаем 19 килоньютон.

Если это не сломает петлю,

это определенно сломает вас.

Ну, если вы все еще смотрите,

это, вероятно, означает,
что вы

по крайней мере, немного чокнутые.

Итак, вот вам десерт.

Нет гравитации.

Да, предметы не притягивают друг друга.

Есть только пространство-время.

Вы чувствуете, как будто
вас толкают в землю,

не из-за силы тяжести,

но потому что время движется быстрее

для головы, чем для ног.

Этот и все другие ресурсы,
которые я использовал

при создании этого видео будут в описании.

А теперь, пожалуйста, пошлите
немного любви Райану.

За то, что он предоставил мне
все его экспериментальные данные,

которые я использовал в этом видео.

Так что не забывайте подписываться и
поддерживать наши каналы,

если вы хотите увидеть
больше подобного контента.

Наслаждайтесь.