Страховка в горах (стр. 10 из 10)

Тело человека, вращаясь вокруг оси — места закрепления веревки, двигается как физический маятник, совершая колебания, близкие к гармоническим. Период таких колебаний равен:

, где J — момент инерции человека вокруг горизонтальной оси, m — масса человека, a — ускорение, с которым его скорость меняется под действием силы упругости веревки, x — расстояние от точки закрепления веревки до центра тяжести. Момент инерции тела человека можно оценить, посчитав его за стержень длиной h и массы m, тогда:

, подставив это значение для J в формулу с периодом колебаний, получим:

, где Tчел — период колебаний человека.
В приложении мы определили, что сила рывка со стороны веревки действует также по гармоническому закону с периодом Tвер:

, где m — масса человека, Lo — длина выданной веревки и α — жесткость веревки. Сила воздействия веревки на человека: С другой стороны F=ma. Итак, мы должны выяснить, когда Твер>Тчел, или Твер/Тчел>1 (в этом случае тело человека примет вертикальное положение раньше, чем когда величина рывка примет максимальное значение). При этом:

, подставим сюда выражения для F, получим:

, после сокращений получим выражение:

Итак, для случая беседки имеем: если при рывке растяжение веревки равно росту человека, его тело успеет принять вертикальное положение, если в момент начала растяжения веревки первоначальное положение не было вертикальным (например — горизонтальное).

Широкое распространение использования беседок за рубежом, таким образом, связано с тем, что люди стали ходить на мягких веревках и рывки на таких веревках такие, что позволяют использовать беседку без грудной обвязки.

Выводы и рекомендации

При использовании и выборе методов страховки необходимо учитывать конкретную специфику маршрута, снаряжения, группы, знать и уметь на практике использовать все возможные техники. Для начинающих альпинистов желательно выработать четкие правила и действовать по ним. При прохождении сложных маршрутов применимость жестких правил условна и приходится использовать весь набор технических приемов. Есть, конечно, достаточно общий набор правил, которые применимы достаточно широко. Попытаемся некоторые из них здесь привести.

Безопасность — основной критерий при оценке ситуации.
Срыв на реальном маршруте — всегда Ч.П. Срывов нельзя допускать (по крайней мере, всячески их избегать). Если техника лазания не позволяет безопасно без срыва преодолеть рельеф — используйте ÈÒÎ
Если начал идти на ÈÒÎ, то перейти с ÈÒÎ на свободное лазание психологически тяжело.
Заранее делайте хорошие точки страховки перед сложными местами.
Хорошая надежная база — гарантия безопасности.
Верхняя точка — самое слабое место в страховочной цепи, старайтесь делать точки страховки качественнее.
Используйте качественное альпинистское снаряжение (здоровье будет лучше).
Меньше рывок — меньше проблем.
Маршрут старайтесь проходить быстрее.
При хождении с одновременной страховкой самое опасное — неожиданный срыв нижнего.
Если вы собираетесь протравливать — подготовьтесь к этому заранее и оставьте свободную веревку для протравливания.
Срыв очень редко бывает неожиданным, обычно ситуация назревает. Старайтесь заранее оценить ситуацию и подготовиться к срыву напарника заранее — до подачи команды об этом и до самого срыва.
Не кладите точки долго, старайтесь заранее найти подходящее место для точки. Если есть возможность быстро по ходу сделать точку — лучше ее сделать.
После хорошей точки можно сделать одну-две плохих. После плохой точки старайтесь найти место для хорошей точки.
Всегда имейте на группу молоток с крючьями (хотя бы 3—5 штук).
Не мешайте работать первому. Если его действия вам сильно не нравятся — лучше все
высказать ему на базе и заменить, показав собственным примером как работать лучше.
В любой ситуации старайтесь предполагать худшее, а надеяться на лучшее.
Исходите не из того, что могло бы быть, а из того, какая ситуация сложилась.
Знакомый путь — всегда короче.
Страх — совершенно необходимая вещь в горах. Это не недостаток, а защитный механизм. Но им, конечно, нужно уметь управлять.

Приложение. Математическая модель: веревка и нагрузки, возникающие в ней при срыве

Приведем вывод формулы, описывающей поведение альпинистской веревки при срыве первого в связке.

П=P·(H+L+ΔL) — потенциальная энергия человека

P — вес человека (P=mg)
H — превышение человека над последней точкой страховки
L — длина свободной веревки
ΔL — длина, на которую веревка максимально растянулась

Аторм=Fторм·Δs — работа сил трения в тормозном устройстве

Fторм — сила трения веревки в тормозном устройстве
Δs — длина протравливания веревки

Учтем силы трения в карабине:, где f — коэффициэнт трения
N=2F-Fтрен=(2f/(1+f))·F
Атрен=(1/2)·Fтрен·ΔL' — работа сил трения в карабине (сила трения меняется линейно, одновременно с силой F, от нуля до максимального значения Fтрен, поэтому в формуле присутствует коэффициент 1/2).
ΔL=ΔL'+ΔL'' — растяжение веревки складывается из растяжения веревки со стороны базы ΔL' и растяжения веревки со стороны сорвавшегося ΔL''.
E=(1/2)·(F·ΔL''+F1·ΔL') — энергия деформации веревки.
E+Атрен=(1/2)·(F·ΔL''+F1·ΔL')+(1/2)·Fтрен·ΔL'
E+Атрен=(1/2)·(F·ΔL''+(F-Fтрен)·ΔL'+Fтрен·ΔL')=(1/2)F·ΔL
F=α·(ΔL/Lo) — сила рывка (усилие деформации веревки)
α — коэффициент упругости веревки
Lo — общая длина ненагруженной веревки

ΔL=ΔL'+ΔL''=(1/α)·(F·L+F1·L1)=(1/α)·(F·L+(F-Fтрен)·L1)
ΔL=(1/α)·(F·L+(F·(1-(2f/(1+f))·L1=(1/α)·(F·L+F·L1-(2f/(1+f))·F·L1)
ΔL=(F·Lo/α)·(1-(2f/(1+f))·(L1/Lo))
L1 — длина веревки между базой и верхней (последней) точкой
K=(H+L)/Lo — фактор рывка
П=Е+Атрен+Аторм — из закона сохранения энергии следует, что потенциальная энергия человека П переходит в энергию деформации веревки Е, и работу сил трения в карабине Атрен и работу сил трения в тормозном устройстве Аторм.

После подстановки предыдущих выражений в закон сохранения энергии получим:
P·(H+L+ΔL)=(1/2)F·ΔL+Fторм·Δs
(1/2)F·ΔL-P·ΔL-P(H+L-(Fторм/P)·Δs)=0, разделим выражение на Lo
(1/2)F·(ΔL/Lo)-P·(ΔL/Lo)-P((H+L)/Lo-(Fторм/P)·(ΔL/Lo))=0
(1/2)F·(ΔL/Lo)-P·(ΔL/Lo)-P(K-(Fторм/P)·(ΔL/Lo))=0 (K —фактор рывка)

Подставим сюда полученное выражение для ΔL=(F·Lo/α)·(1-(2f/(1+f))·(L1/Lo))

Получаем следующее решение уравнения для F:

— сила рывка веревки.

— рывок на карабин.

— рывок на базу (или страхующего).

— относительное удлинение веревки при величине рывка на веревку F.

Теперь рассчитаем время воздействия рывка на сорвавшегося и распределение этого рывка во времени. После срыва человек падает вниз и веревка начинает нагружаться, тормозя падение человека и действуя как амортизатор. На человека со стороны веревки действует силы:

F=-(α/Lo)·ΔL — сила упругости веревки;
P=mg — сила тяжести (Р — вес человека).

Будем считать, что затухания нет. В этом случае уравнение движения запишется следующим образом:

m·ΔL''+(α/Lo)·L=mg
ΔL''+(α/(mLo))·ΔL=g

решением данного дифференциального уравнения есть функция:

это косинусоида, смещенная на величину ((mg)/α)·Lo (гармонические колебания).

Для величины силы упругости (рывка веревки) мы имеем следующую зависимость силы от времени: F(t)=m·ΔL''

— как видно — это тоже косинусоида.

— полупериод колебаний при рывке.

Fmax=-(α/Lo)·ΔLmax
T/2 (время)

Рывок можно охарактеризовать временем воздействия на человека и элементы страховки — полупериодом косинусоиды. За это время сила рывка возрастает от нуля до максимума и снова уменьшается до нуля.

Надо еще заметить, что данное уравнение описывает поведение системы лишь при натянутой веревке. При движении в верхней части (положительный период косинусоиды) сила упругости на человека не действует, и движение происходит только за счет силы тяжести (L''=g, это движение по параболе), но это не особо интересно для рассмотрения процесса страховки. После первого полупериода за счет диссипативных сил происходит уменьшение амплитуды колебаний (период не меняется). Если элементы страховочной цепи выдержали первый рывок, последующие не окажут существенного воздействия.

Время воздействия рывка нам интересно для оценки его жесткости: жесткость рывка тем выше, чем больше его сила и чем меньше время его воздействия. Короткий рывок оказывает более разрушающее воздействие, чем более плавный рывок, имеющий такую же силу.

Библиография

1. Technique de1’alpinisme, sous der de Bernard Amy. France, 1977. (Ветер странствий № 16, ФИС, 1981 г.).

2. Герман Хубер. Альпинизм сегодня. М., ФИС, 1980 г.

3. Ф. Кропф. Спасательные работы в горах. М., 1975 г.

4. Е. Казакова

5. Ветер странствий № 18, ФИС, 1983 г.

6. Mountaineering. The freedom of the hills. 5-th edition. 1991.

7. Веб-сайт компании Petzl (www.petzl.com).

8. Веб-сайт компании Beal (beal-planet.com).