2.2.2. Энергия падения.

Если подвесить некоторое тело определённого веса на конец верёвки, последняя по всей длине, включая и точку закрепления, будет подвержена действию силы, величина которой будет равна весу подвешенного тела.

Если же поднять тело на некоторую высоту и бросить, сила, которая возникнет после того, как верёвка натянется, будет значительно больше веса тела.

Под действием гравитации всякое падающее тело во время падения ускоряется. Это означает, что его скорость нарастает с увеличением расстояния от точки начала падения. В зависимости от массы и скорости в каждый отдельный момент падения тело обладает определенной энергией, которая называется ЭНЕРГИЕЙ ПАДЕНИЯ (Е). Эта энергия тем больше, чем больше масса падающего тела и его скорость. Следовательно, энергия падения зависит от веса тела (G) и от высоты (H), с которой происходит падение. Или Е = G*H (см. Таблицу 5).

ТАБЛИЦА 5.

Высота падения H[м]	Скорость падения, V[км/ч]	Время падения, T[сек]	Энергия падения (при G=80 кгс), E[кгс*м]*
1	16	0,45	80
2	22	0,64	160
5	36	1,01	400
10	50	1,42	800
20	71	2,02	1600

При удержании падения верёвкой скорость падения сводится к нулю. При этом энергия падения трансформируется в энергию деформации верёвки и других элементов страховочной цепи, включая тело спелеолога.

*-сокращенное обозначение килограм-сила на метр – единица энергии и работы.

2.2.3. Предельhая (пиковая, высшая) диhамическая hагрузка

В конце свободного падения энергия тела равна произведению G на H.

Ч тобы остановить падение, необходимо совершить определённую работу деформации (А), равную энергии падения (Е). Или А = Е. Это можно проиллюстрировать на графике, показывающем зависимость удлинения веревки от определенной силы (см. Рис. 2).

Работа деформации верёвки равна произведению величины силы на изменение пути (в данном случае путь равен h – удлинению верёвки), а значит площадь между кривой и осью абсцисс равна работе, совершённой верёвкой при удержании нагрузки или падения.

Сила, вызывающая деформацию верёвки, порождается падающим телом, и до тех пор непрерывно нарастает, пока работа А, совершаемая верёвкой, не станет равна энергии падения тела.

Максимальное усилие, возникающее при остановке верёвкой падающего тела, называется ПРЕДЕЛЬНОЙ ДИHАМИЧЕСКОЙ HАГРУЗКОЙ (ПДH). Другими словами, под предельной динамической нагрузкой следует понимать максимальную величину силы динамического удара, которую страховочная верёвка и человеческое тело выдерживают в момент, когда падение уже остановлено и верёвка перестала удлиняться.

В еличина предельной динамической нагрузки зависит от фактора падения и динамических качеств верёвки. При одинаковой энергии падения для более эластичной веревки ПДН будет ниже и более высокой – для верёвки с меньшей способностью к удлинению (см. Рис. 3). Следовательно, величина предельной динамической нагрузки определяется не только энергией падения, а, прежде всего, способностью верёвки удлиняться в большей или меньшей степени.

Таким образом, мысль о том, что определенной высоте падения соответствует строго определенная величина предельной динамической нагрузки, столь же не верна, как и попытка рассуждать о безопасности хождения по одинарной верёвке, руководствуясь только данными о прочности верёвки.

При одинаковой высоте падения в разных верёвках возникают различные величины динамических усилий. То есть верёвка, имеющая большую прочность на разрыв, но меньшую способность к удлинению при удержании падения испытает большую динамическую нагрузку и наоборот.

ЗАПОМHИ:

- конкретная величина предельной динамической нагрузки изменяется в широких пределах. Она не зависит от абсолютной высоты падения, а определяется исключительно динамическими качествами верёвки, весом тела и фактором падения.