蹦極,繩子怎麼不會斷

蹦極這個詞,對現代人而言,並不陌生,可真有勇氣一躍而下的人,則少之又少,甚至在綜藝節目裡,蹦極可以算是最高級別的一種挑戰了

當你克服了面對腳下深淵的恐懼,縱身一躍,扭曲變形、急速下墜、空間拉扯、失去語言,甚至失去時間,問問自己,有沒有在這一次未知的體驗中爽到?

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但是在這個生理心理都爽到的極限運動背後,是科學的有力支撐,忽略空氣阻力條件下,在蹦極者下落過程中,其受力與運動情況在不同的階段下是不相同的:

第一階段,彈簧繩沒有全部展開,做自由落體運動;

第二階段,彈簧繩開始被拉伸,此時加速度減小,蹦極者開始受到向上的彈力,但蹦極者下落速度仍在增加;

第三階段,彈簧繩拉力和重力相等,此時加速度為零,蹦極者速度達到最大值;

第四階段,彈簧繩繼續被拉伸,彈力開始大於重力,蹦極者下落速度減小,直到為零時,達到最低位置

之後蹦極者會在彈力作用下回升並再次下落,經過幾個來回後靜止下來,但最大速度和彈簧繩伸長量都不會超過初次下落


蹦極的物理分析

這項運動物理學中的主要組成部分是跳高運動員的重力勢能和拉伸繩索的彈性勢能

下圖描繪了一個質量為m準備進行蹦極的人,他被一根蹦極繩拴在支撐結構上,與她的重心水平

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下圖描繪了人落下的距離等於繩子的自由長度(L)的情況,此時自由落體持續1到2秒,之後的下落將不會是自由落體

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接著,因為受到彈簧繩的拉力,加速度繼續減小,下落速度仍在增加,直至加速度為0時速度最大,而當人下降的總距離為L+d時,繩索拉長了距離d,此時所有物體的速度都等於零

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能量方面的考慮決定了人在初始狀態下的重力勢能等於繩索在最終狀態下的彈性勢能,因此

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如果我們設定蹦極繩是剛度為K N/m的線性彈簧,那麼

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由此產生以下二次方程:

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當給定的繩索(K,L)與給定的人(M)匹配時,則d將由下式確定

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當給定的跳躍高度(L+d)與給定的人(m)匹配時,剛度(K)將由

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通過以上簡單的計算公式我們可以知道,在繩長固定的情況下,蹦極繩的剛度決定了其拉伸的長度,也就是蹦極者可以達到的最大長度,這樣可以為選址和設備的安裝提供幫助

那麼,牽引著我們完成這驚天一躍的蹦極繩到底是如何憑“一己之力”讓下落這個危險的動作不再危險呢


蹦極如何發展

蹦極繩索是由一股或多股彈性材料製成的,通常是橡膠,用織物覆蓋物捆綁在一起

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繩子中的橡膠

它通常被用來捆綁車輛外部攜帶的行李或設備,蹦極繩索也被軍方用來吸收大型貨傘在投擲重物(如坦克)時的打開震動

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軍用長而重的蹦極繩索的發展催生了蹦極這項娛樂運動,在這項運動中,參賽者戴著揹帶從高處跳下,揹帶系在一根長蹦極繩索的一端,另一端系在固定結構上

英語裡面的 "bungee" 或"bungie"是英國俚語,意為印度橡膠,對於其起源,有人覺得其最初用於擦除紙上鉛筆記號的印度橡膠,所以稱之為“印度橡皮筋”("india-bungie"),另外有人認為這一術語來源於英印單詞“bangy”,指的是肩上扛著的軛(類似駕車時套在牛脖子上的曲木),肩上有兩個相等的負載,由前後的繩索懸掛

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無論哪種情況,彈性材料和承重繩索的概念都適用於現代的蹦極繩索

作為一項運動或勇氣的考驗,蹦極的歷史被認為可以追溯到1500年前的五旬節島,也就是現在的南太平洋瓦努阿圖共和國

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南太平洋瓦努阿圖共和國

根據當地的傳說,一位妻子覺得自己受到了丈夫的虐待,於是逃走了,躲在一棵大樹下,當她丈夫正在爬樹追趕時,她偷偷地把藤蔓綁在腳踝上跳了下來,躲過了追擊

而現代蹦極運動始於20世紀70年代末,人們開始使用彈性蹦極繩索進行蹦極,1979年愚人節,英國牛津冒險運動俱樂部(Oxford Dangerous Sports Club)的會員們從英國布里斯托爾245英尺(75米)高的克利夫頓大橋上跳了下來,從那時起,蹦極就慢慢的發展發展成為一項商業化的運動,風靡全球

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風靡全球的蹦極


從蹦極繩的製造看怎麼保證蹦極者安全的

天然橡膠或合成橡膠被製備並擠出成長長的橡膠帶,這些橡膠帶大約0.24-0.32釐米厚,0.64釐米寬,長達30米

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橡膠擠出機

擠出機由一個加熱的圓筒組成,橡膠放在圓筒裡,氣缸的一端在壓力下移動,迫使橡膠從另一端的一個小孔中排出,孔或模具的形狀為所需的帶狀橫截面

當橡皮帶冷卻後,它們被捲起來並運往蹦極繩索製造商

蹦極繩中的股數決定了繩的直徑和總的抗拉強度等級,適當數量的橡膠股從其線圈中部分解開,另外為了防止個別股在炎熱的天氣粘在一起,互相接觸的部分塗上了細粉滑石或肥皂石

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橡膠股的自由端連接在一起,並通過一臺叫做編織機的機器手動輸送,在編織機的輸入端,它們通過一個滾筒或其他裝置,輕輕地將它們擠壓成一束

在另一端,另一個滾筒或卷取捲筒將鋼絞線拉過機器,通過調整輸入和輸出裝置的壓力和速度,使橡膠股處於張力下,並在通過機器時稍微拉伸

這樣可以減小橡膠股束的直徑,從而使織物覆蓋層能夠緊密纏繞

編織機在拉伸的橡膠束通過機器時,將覆蓋紗編織在它周圍,紗線必須編織成足夠緊密的圖案,以防止繩索完全伸展時,汙垢進入紗線之間的縫隙

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如果需要兩層或兩層以上的覆蓋物,它們會一層接一層地編織,外層紗線可以著色和編織成圖案,用於年代測定或裝飾目的,完成的蹦極繩索被剪成一定長度,捲起來,然後放在紙箱裡裝運

末端配件可能是由蹦極繩索製造商以外的其他人安裝的,在商業蹦極繩索用作行李和設備捆綁的情況下,另一家制造商或分銷商將蹦極繩索切割成所需的長度,將兩端翻倍,並用繞線機將一根僵硬的金屬絲緊緊纏繞在兩端


如何確保蹦極繩的安全性能

蹦極繩索根據最終應用需要接受不同程度的質量控制,這些通常包括目視檢查、測試和貼標籤或顏色編碼

目視檢查

所有蹦極繩索在製造過程中都要進行外觀檢查,以檢查橡膠股線和覆蓋物中的缺陷。缺陷包括斷股、編織不當的覆蓋物和覆蓋物上明顯的汙漬

測試

商業蹦極繩很少需要任何測試,另一方面,Mil-spec軍用規格的繩子必須經過一系列嚴格的測試,包括尺寸和重量測量、拉伸強度、各種載荷下的伸長率以及一些拉伸-收縮-彎曲循環

標籤和顏色編碼

蹦極繩的性能會受到使用年限的影響,按照軍用規格製造的繩索必須在製造之日起六個月內運送給最終用戶

為了確保符合這一要求,軍用規格的繩索使用顏色編碼來指示生產日期,主色表示年份如下:紅色(1992)、藍色(1993)、黃色(1994)、黑色(1995)和綠色(1996)

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在接下來的幾年裡,顏色循環從1997年的紅色開始重複,為了進一步確定生產日期,將第二種次要顏色也在製造中使用,如下所示:紅色(1-3月)、藍色(4-6月)、綠色(7-9月)和黃色(10-12月)

另外,一些自己製作繩索的蹦極公司使用不同的顏色編碼系統來識別繩索的承載能力,而不是年限


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