Пиковая динамическая нагрузка

Энергия падения

Если подвесить тело определенного веса к концу веревки, она одновременно по всей длине, в том числе и в точке крепления, будет подвергаться действию силы, равной весу подвешенного груза. Однако, если поднять тело на некоторую высоту и отпустить, сила рывка на верхнем конце веревке будет значительно больше.
Под действием гравитации падение любого тела ускоряется. Это оз- начает, что его скорость тем больше, чем с большей высоты оно падает. В зависимости от массы и скорости в каждый момент полета тело обладает определенной энергией, которая называется энергией падения. Эта энер- гия тем больше, чем больше скорость и масса падающего тела. Следова- тельно, энергия падения зависит от веса G тела и высоты H, с которой оно падает: E=GH (табл.5)

Таблица 5

высота падения (м)	скорость падения (км/ч)	время падения (с)	энергия падения при весе падающего тела 80 кгс (кгс*м)
		0.45
		0.64
		1.01
		1.42
		2.02

При остановке веревкой падения тела скорость его падает до нуля. При этом энергия падения должна превратиться в энергию деформации преимущественно веревки, а частично - и остальных элементов страховочной цепи, в том числе тела спелеолога.

В начале свободного падения энергия тела равна GH. Чтобы остановить падение, веревка должна совершить определенную работу деформации A, которая должна быть равна энергии падения E, то есть A=E. Это можно проиллюстрировать графиком, который показывает, каково удлинение веревки при определенной силе (рис.2). Так как работа есть произведение силы на пройденный путь (который в данном случае равен h - удлинению веревки), площадь между кривой и абсциссой равна работе, совершенной веревкой при задержании падения тела.
Сила, вызывающая деформацию веревки, непрерывно нарастает, пока работа A веревки не станет равна энергии падения E. Максимальное значение силы, которого она достигает при задержании падения, назовем пиковой динамической нагрузкой (ПДН). Иначе говоря, это максимальная сила динамического удара, которому страховочная цепь и человеческое тело подвергаются в момент, когда падение останавливается веревкой и последняя перестает удлиняться.
Величина пиковой динамической нагрузки зависит от фактора падения и динамических свойств веревки. При одинаковой энергии падения она бу- дет ниже для более эластичной веревки и выше для той, которая слабее удлиняется (рис.3).

Следовательно, сила динамического удара зависит не только от энергии падения, но также от способности веревки больше или меньше удлиняться. Поэтому неверно думать, что падению с определенной высоты всегда соответствует одинаковая пиковая динамическая нагрузка, как нельзя определять надежность веревки только на основании данных о ее прочности на разрыв.
При падении с одинаковой высоты тел различного веса возникает различная пиковая динамическая нагрузка. Даже имея очень большую прочность на разрыв, слабоэластичная веревка при задержании падения испытывает большую пиковую нагрузку, и наоборот.
Запомните:
- конкретное значение пиковой динамической нагрузки варьируется в очень широких пределах. Оно не зависит от абсолютной высоты падения, а определяется исключительно динамическими качествами веревки и фактором падения.

Дата добавления: 2014-12-23