Falling physics that Every Climber Needs to know

上面写着KN 千牛顿

看完这段视频 你会比其他99%的攀岩者有更好的理解

KN 到底意味着什么意思

以及攀爬冲坠过程中所涉及的力是哪些

然后我会解释为什么大距离的坠落比小距离的坠落要柔和得多

但首先 让我们看看力是什么

我喜欢和我的Instagram粉丝一起互动

所以我决定问问他们

当他们听到“力”这个词时 他们会想到什么

一半的人说这和《星球大战》 有关

很好

在你觉得我Instagram上一半的粉丝都很聪明之前

我不得不说 大多数人根本没有投票

所以我想象大家可能是这个状态

力指的是什么

好的 那些聪明的人说

*力 是 质量 加速度 **

这是牛顿第二运动定律

这个人提出了这个定律

这就是为什么我们用牛顿这个单位来测量力

当你思考它的时候

想象一下牛顿

所以我们用kg 作为质量单位

加速度 以m/s²为单位

力以n（牛顿）来做单位

为了更好地理解这个公式 它就像1牛顿

推动一千克的质量

使质量的加速度是1m/s²

这里有一个锁扣

如果我把全身重量都压在上面

像这样

问题是 现在这个锁扣的力是多少

如果我们回头看这个公式

我们可以说 m 就是我的质量

乘以加速度

加速度是多少 我挂在树上 没有运动 没有加速度

或者有一个加速度

你们可能见过这个实验

有一个轻的物体和一个重的物体

问题是 如果我同时放开它们

哪个会先着地

让我们试一试

所以是的 它们同时下落到地面

因为重力就是这样 它让物体下落

以同样的加速度 9.8m/s²

所以当我挂在锁链上的时候

地心引力把我往下拉

但是为了让我不向下移动

一定有一个相反的力

把我拉上来

这里我有一个弹簧

当重力将岩石向下拉时

弹簧将岩石向上拉

这个锁扣实际上就像一个非常非常硬的弹簧

它把我拉上来

当我挂在锁扣上时

锁扣的分子会趋于分散

原本分子聚集的力量会产生类似拉的作用

这种在低拉力下的扩张你是看不到的

但是大的力就可以

结果是这个锁扣举起了我的体重

以同样的9.8m/s²的加速度

也就是大约600N

是啊 六百个这样的东西

才能拉住我这样的瘦子

好了 我们继续

这个主锁显示它能承受26kn的重量

KN等于一千牛顿

所以这意味着它能承载40个我

我希望我有一台克隆机器

这样我就可以向你们展示这个

然后想象一下我能制作多少视频

如果你想见我们

创建更多像这样的视频

点击点赞和关注按钮 它确实有帮助

我保证

我会把从你们那里得到的每一分钱都花在买克隆机器上

好吧 你可以用一个锁扣挂40个我

这很厉害

虽然有些事情你必须知道

首先 这些负荷参数是针对新装备的

磨损不包括在这个评级之内

这有多糟糕

我问了我在油管HowNOTtoHighline频道的朋友Ryan

因为他有破坏东西的爱好

根据他的测试

大多数金属都很耐用

而软性材料的东西

完全不同

[Ryan] BD的 22KN 扁带

什么

MBS是多少 22kn吗

是的 一个性能为22kn的扁带

在6kn左右就断了

接下来是另一个例子

[Ryan] 这是另一个状态很好的扁带

没拉扯过

[Ryan] 对 没拉扯过

我会把我的狗拴在上面

我可不会把一条大狗拴在上面

让我们看看你能用这个牵住多大的狗

哦 一个吉娃娃吗?

是的 所以如果你是那种喜欢省钱的人

用着很旧的且磨损的扁带

祝你好运

24kn

这并没有延伸太多

哦 猜猜猜

你猜怎么着?

[Ryan] 4kn

搞什么鬼 伙计

4kn 那这个扁带能承受多少

这很简单 只要用4000除以9.8

如果你想简单一点 除10代替

你得到400公斤

这听起来很多

好吧

所有这些都是我一直在讲的从力到千克的换算

都是基于重量是静止的这个事实

一旦物体开始下落 一切都会改变

你们刚才看到的是DMM的一段视频

他们扔下了80公斤的重物

破坏了一个全新的Dyneema扁带

我的目的不是吓唬你

恰恰相反

我想让大家意识到 攀岩装备并不是魔法

如果你使用错误 它可能会失效

事实上

你知道岩友在攀爬失败时

喜欢说的这个笑话吗?

今天的引力有点大

事实证明这是真的

重力确实每个月都在变化

所以

如果你是那种喜欢抱怨今天湿度

或温度不好的人

现在你有权利抱怨今天是糟糕的重力日

好了 让我们看看当物体开始下落时会发生什么

这是一个10米长度的下落

让我们看看这样的下落会给攀登者带来多大的力

它的公式和之前的差不多

除了需要乘以这个

攀爬者下落的距离

然后除以攀爬者减速的距离

你有没有注意到

攀爬者落下时的冲击力相对比较软

所以想象一下在高速公路上开车

通过轻轻地踩下刹车去停车

没有问题对吧

现在想象你没有开那么快

你在一个城市里 你开得很慢

但是你撞上了一座桥

感觉不太好 对吧?

这是我想让你们记住的第一件事

对攀登者的冲击

永远是攀登者下落的距离除以下落面距离

让我们计算一下

下落的距离大约是4个快挂

而下降的距离大约是2个半快挂

我们得到大约860牛顿

或者如果我们用这个标准的80公斤的攀爬者来代替

大约是1.3kn

这并不多

尽管这个公式有一个小问题

因为它总是会给你一个值 比实际值略低

但是展示更精确地计算

这意味着你们中的大多数人可能会离开这个视频

但我们不需要这样做

因为我们可以依靠现实生活中的实验数据

谁为我们提供这些数据

大家好 我是Ryan Jenks

广告已经足够了

在这个视频中

他们放了一个设备来测量攀爬者所受的力

然后做了一系列的冲坠

为了科学

1.87kn的力

所以在我看来

大部分的冲坠都是一个很好的保护案例

低于2kn

现在我们来看看这两个极端的例子

左边的攀登者在挂片上方5米

所以会有10米长的冲坠

加上绳索的延展性

保护者可能有一米的余量

然后在快挂之间可能还有一米的余量

所以总的来说 我们将看到12米的坠落

而右边的攀爬距离挂片只有一米

假设保护员非常害怕

他要硬生生地接住攀爬者 并没什么缓冲

我们看到的是两米高的坠落

所以从12米高的地方摔下来

还是从2米高的地方摔下来

你觉得哪个对攀岩者来说比较软

让我们看一下 我们已经知道了会掉下来多少

但现在我们需要找出两种情况下的减速距离

这主要取决于两个因素

首先是保护者的位移

一个非常非常大的冲坠

保护员大概会飞两米左右

在小的冲坠时

让我们假设 对于初学者来说有非常常见的错误

保护员只是收紧绳子和反应迟钝

第二个因素是绳子的伸展性

绳子制造商声称

如果你把80公斤的质量放在一根动力绳子上

像这样静止不动

绳子会伸长10%

当你先锋状态下冲坠 动态拉伸将会

高达30%

嗯 高达30%对我们来说不是很有帮助

我们需要知道的是绳子

从2到4千牛顿的拉力时的变化

再一次 我给Ryan发了消息

所以我要拉一根动态绳子 看看它拉伸了多少

一开始 我们以为会很简单

去公园就行

用不同的力拉伸绳子

测量绳子的伸长

好吧 有时候简单是困难的

然后你把绳子拉到一定的力 然后把它留在那里

力开始落在绳子上

绳子就这么断了

虽然这很有趣 但对我们来说并不致命

他需要做的唯一一件事

就是以他所希望的力尽可能快地拉绳子

然后测量拉伸程度

天啊 那是七米标志

6.9米

这是4kn情况下动力绳的伸展长度

但还有另一个有趣的因素

一旦你给绳子施加大的力

绳子需要一段时间才能恢复到原来的长度

这就是所谓的绳索休息

看这些变化真的很酷

看到龟龟慢慢被拉回来了吗?

超级有趣

也许我现在比你更感兴趣

他在公园里拉了四个小时的绳子

结果是在2到4kn的力作用下

绳子拉伸到大约20%

很好 我们把它用到计算中

在一个大的下落过程中 我们总共有27米的绳子

所以这将是5.4米的拉伸

在一个小的下落过程中 我们有5米长的绳子

那就是1米的拉伸

然而 我们的保护员却惊慌失措 奋力挣扎

所以他会自己留半米 给攀登者留下半米

对于攀岩者来说 长距离的冲坠

比小的冲坠要软2.5倍

我喜欢有趣的事实 这是另一个

想象一下你没有完攀

但是那天的湿度 温度 甚至重力都很好

你仍然可以责怪月亮

[旁白]可以忽略不计 但确实

当月亮正对着你时 你的体重会减少一百万分之一

所以 如果你想在月亮正对着你的时候完成线路

那加油

我记得当时我在攀爬一条35米长的路线

这是我第一次成功地把所有的动作连接起来

到达顶部锚点时

当我把绳子拉上来准备放入绳子的时候

我的保护员看不清楚我

所以他就给了我很大的绳子余量

最重要的是 倒数那把挂片在很下面的位置

所以当我把绳子往上拉的时候 我失去了平衡 摔了下去

墙在我面前飞舞

我在想为什么我还在下落 嗯 这很不寻常

然后我停下来 抬头看了看

我上方大概有五六把快挂

大概有十五米的坠落

但是下落的过程非常柔软

就像坐电梯一样

这是这个视频的另一个要点

如果攀爬者在很高的位置

他有很多绳子来承受坠落

只要他不掉到什么东西上

无论你如何保护 摔下去的时候会很轻

然而 如果高度不那么高

他没有那么多的绳子来吸收下落

那么一个好的动态缓冲保护是非常重要的

你可以问任何一个轻度攀岩者

有多少次他们的脚踝因为硬着陆而受伤

好了 让我们换个话题

我们来谈谈摩擦

因为摩擦力越大 对攀登者来说 摔得越重

这有一个非常极端的例子

你们可以看到这里快挂成Z字形

所以当我下落时 会有很大的摩擦力

哇 为了科学

所以摩擦力很大 靠近攀登者的绳子正常伸展

但是保护者附近的绳子

不会拉伸太多

这就像有是更短的绳子 同时有更重的保护员

让护具承受的力只有2.5kn

许多力像钟摆一样撞在墙上

我们就是这样扭断脚踝的

所以合理的增多快挂

不仅可以帮助你进快挂和避免这种情况

同时也减少了攀爬者承受的冲击力

好 我们回到DMM弄断扁带的测试

Dyneema扁带是静态的 根本不会拉伸

我希望你们现在已经明白这种突然的停止

可以产生巨大的力

如果没有明白 请别人扇你一巴掌

你需要理解的基本就是在脸上的这个停顿

所以让我们做一个非常大胆的

可能是一个非常不准确的猜测

这个扁带会大约延伸到5厘米

所以如果我们放下80千克的质量

扁带长度120厘米

吸收距离只有5厘米

我们看到的是19kn

如果这都不能把扁带弄断 那肯定会把你弄断

如果你还在看

这可能意味着你至少应该有点书呆子气

这是给你的甜点

没有引力 物体不会相互吸引

只有空间和时间

你觉得自己好像被推入了地下

不是因为重力

而是因为你脑袋上时间比你脚上的时间变化得更快

所以如果你想看到更多类似的内容

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