5.1. Энергоемкость веревки

Энергоемкостью веревки Ев называется максимальная величина энергии падающего тела, которая может перейти в энергию деформации веревки до ее разрушения.

Очевидно, что удобнее оперировать понятиями удельной энергоемкости:

Еуд.в = Ев/lв [кГм/м], (19)

Удельной энергоемкостью называется энергия, необходимая для предельной деформации одного метра веревки до полного разрушения, то есть равная работе некоторой среднеэквивалентной силы Fср на пути, равном предельному удлинению одного метра веревки.

Используя формулы (4) и (7), получим:

Еуд.в = Ев/lв = Fср l/lв = max Fср [кГм/м], (20)

или:

Еуд.в = Кэ Рmax max (21)

где:

Fср = Кэ Рmax  среднеэквивалентная сила торможения (упругости);

max  максимальное относительное удлинение веревки;

Рmax  максимальная сила натяжения веревки при остановке падения;

Кэ  коэффициент пропорциональности.

Очевидно (учитывая все уже изложенное выше), что удельная энергоемкость зависит только от физических характеристик веревки (материал, структура, диаметр, степень износа и т.п.).

В Приложении 1 приводятся некоторые механические характеристики, полученные нами при испытаниях на разрыв веревок различных типов и состояния. Здесь же приводятся данные по их удельной энергоемкостям.

В рассмотренном нами примере механической характеристикой альпинистской веревки, изображенной на Рис.2:

Рmax = 1760 кГ, max = 0,2.

По формуле (21) при Кэ = 0,5:

Еуд.в = Кэ Рmax max = 0,5х1760х0,2 = 176 [кГм/м],

На практике среднеэквивалентная сила торможения (упругости) Fср никогда не достигает половины и лежит в пределах 0,250,33 максимального усилия натяжения при остановке падения или разрушении веревки Рmax (то есть реальный Кэ = 0,250,33).

Значит, при max = 0,2 удельная энергоемкость рассматриваемой веревки будет равна:

Еуд.в = 88116 [кГм/м]

Напомню, что эта величина касается веревки, чья механическая характеристика представлена на Рис.2. Каждой конкретной веревке присуща своя механическая характеристика.

5.2 Энергоемкость стального троса

Не только синтетические веревки находят применение в качестве линейных опор для страховки и передвижения по отвесам. В 70-80-х годах ХХ столетия использование стального троса самых разнообразных видов являлось характерной особенностью советского вертикального кейвинга. Известно применение стального троса для страховки спортсменов на соревнованиях по скалолазанию. Достаточно широко трос применяется при ведении спасательных работ с использованием лебедок различных конструкций и т.п.

Искушение использовать стальной трос диаметром 3,26,0 мм в качестве линейной опоры вызвано высокой износостойкостью, суперстатичностью и достаточно высокой прочностью стального троса на разрыв при малых диаметрах, а следовательно, большей компактности, по сравнению с веревкой.

Однако эти преимущества троса таят в себе и его основные недостатки.

При достаточно высокой статической прочности тросов малых диаметров (Рразр = 5001500 кГ и более) стальной трос имеет очень низкую способность к удлинению. Относительное удлинение max стального троса не превышает 0,020,03.

В связи с этим его удельная энергоемкость значительно меньше, чем у веревки той же статической прочности.

Так, например, авиационный трос диаметром 3,5 мм 7х19 ГОСТ 2172-43 прочностью Рmax = 900 кГ имеет относительное удлинение max = 0,02.

Следовательно, даже при максимальном Кэ = 0,5, его удельная энергоемкость будет:

Еуд.тр = Кэ Рmax max = 0,5х900х0,02 = 9 [кГм/м]

Для троса диаметром 4,5 мм 7х7 ГОСТ 2172-43:

Рmax = 1550 кГ, max = 0,02 и Кэ = 0,5

Еуд.тр = 0,5х1550х0,02 = 15,5 [кГм/м]

Очень мало! Стальной трос не в состоянии поглощать энергию динамического удара за счет своего растяжения. Именно поэтому страховка тросом может осуществляться лишь как статическая или с применением амортизирующих устройств.