蹦极,绳子怎么不会断

蹦极这个词,对现代人而言,并不陌生,可真有勇气一跃而下的人,则少之又少,甚至在综艺节目里,蹦极可以算是最高级别的一种挑战了

当你克服了面对脚下深渊的恐惧,纵身一跃,扭曲变形、急速下坠、空间拉扯、失去语言,甚至失去时间,问问自己,有没有在这一次未知的体验中爽到?

但是在这个生理心理都爽到的极限运动背后,是科学的有力支撑,忽略空气阻力条件下,在蹦极者下落过程中,其受力与运动情况在不同的阶段下是不相同的:

第一阶段,弹簧绳没有全部展开,做自由落体运动;

第二阶段,弹簧绳开始被拉伸,此时加速度减小,蹦极者开始受到向上的弹力,但蹦极者下落速度仍在增加;

第三阶段,弹簧绳拉力和重力相等,此时加速度为零,蹦极者速度达到最大值;

第四阶段,弹簧绳继续被拉伸,弹力开始大于重力,蹦极者下落速度减小,直到为零时,达到最低位置

之后蹦极者会在弹力作用下回升并再次下落,经过几个来回后静止下来,但最大速度和弹簧绳伸长量都不会超过初次下落


蹦极的物理分析

这项运动物理学中的主要组成部分是跳高运动员的重力势能和拉伸绳索的弹性势能

下图描绘了一个质量为m准备进行蹦极的人,他被一根蹦极绳拴在支撑结构上,与她的重心水平

下图描绘了人落下的距离等于绳子的自由长度(L)的情况,此时自由落体持续1到2秒,之后的下落将不会是自由落体

接着,因为受到弹簧绳的拉力,加速度继续减小,下落速度仍在增加,直至加速度为0时速度最大,而当人下降的总距离为L+d时,绳索拉长了距离d,此时所有物体的速度都等于零

能量方面的考虑决定了人在初始状态下的重力势能等于绳索在最终状态下的弹性势能,因此


如果我们设定蹦极绳是刚度为K N/m的线性弹簧,那么

由此产生以下二次方程:

当给定的绳索(K,L)与给定的人(M)匹配时,则d将由下式确定

当给定的跳跃高度(L+d)与给定的人(m)匹配时,刚度(K)将由

通过以上简单的计算公式我们可以知道,在绳长固定的情况下,蹦极绳的刚度决定了其拉伸的长度,也就是蹦极者可以达到的最大长度,这样可以为选址和设备的安装提供帮助

那么,牵引着我们完成这惊天一跃的蹦极绳到底是如何凭“一己之力”让下落这个危险的动作不再危险呢


蹦极如何发展

蹦极绳索是由一股或多股弹性材料制成的,通常是橡胶,用织物覆盖物捆绑在一起

绳子中的橡胶

它通常被用来捆绑车辆外部携带的行李或设备,蹦极绳索也被军方用来吸收大型货伞在投掷重物(如坦克)时的打开震动

军用长而重的蹦极绳索的发展催生了蹦极这项娱乐运动,在这项运动中,参赛者戴着背带从高处跳下,背带系在一根长蹦极绳索的一端,另一端系在固定结构上

英语里面的 "bungee" 或"bungie"是英国俚语,意为印度橡胶,对于其起源,有人觉得其最初用于擦除纸上铅笔记号的印度橡胶,所以称之为“印度橡皮筋”("india-bungie"),另外有人认为这一术语来源于英印单词“bangy”,指的是肩上扛着的轭(类似驾车时套在牛脖子上的曲木),肩上有两个相等的负载,由前后的绳索悬挂

无论哪种情况,弹性材料和承重绳索的概念都适用于现代的蹦极绳索

作为一项运动或勇气的考验,蹦极的历史被认为可以追溯到1500年前的五旬节岛,也就是现在的南太平洋瓦努阿图共和国

南太平洋瓦努阿图共和国

根据当地的传说,一位妻子觉得自己受到了丈夫的虐待,于是逃走了,躲在一棵大树下,当她丈夫正在爬树追赶时,她偷偷地把藤蔓绑在脚踝上跳了下来,躲过了追击

而现代蹦极运动始于20世纪70年代末,人们开始使用弹性蹦极绳索进行蹦极,1979年愚人节,英国牛津冒险运动俱乐部(Oxford Dangerous Sports Club)的会员们从英国布里斯托尔245英尺(75米)高的克利夫顿大桥上跳了下来,从那时起,蹦极就慢慢的发展发展成为一项商业化的运动,风靡全球

风靡全球的蹦极


从蹦极绳的制造看怎么保证蹦极者安全的

天然橡胶或合成橡胶被制备并挤出成长长的橡胶带,这些橡胶带大约0.24-0.32厘米厚,0.64厘米宽,长达30米

橡胶挤出机

挤出机由一个加热的圆筒组成,橡胶放在圆筒里,气缸的一端在压力下移动,迫使橡胶从另一端的一个小孔中排出,孔或模具的形状为所需的带状横截面

当橡皮带冷却后,它们被卷起来并运往蹦极绳索制造商

蹦极绳中的股数决定了绳的直径和总的抗拉强度等级,适当数量的橡胶股从其线圈中部分解开,另外为了防止个别股在炎热的天气粘在一起,互相接触的部分涂上了细粉滑石或肥皂石

橡胶股的自由端连接在一起,并通过一台叫做编织机的机器手动输送,在编织机的输入端,它们通过一个滚筒或其他装置,轻轻地将它们挤压成一束

在另一端,另一个滚筒或卷取卷筒将钢绞线拉过机器,通过调整输入和输出装置的压力和速度,使橡胶股处于张力下,并在通过机器时稍微拉伸

这样可以减小橡胶股束的直径,从而使织物覆盖层能够紧密缠绕

编织机在拉伸的橡胶束通过机器时,将覆盖纱编织在它周围,纱线必须编织成足够紧密的图案,以防止绳索完全伸展时,污垢进入纱线之间的缝隙

如果需要两层或两层以上的覆盖物,它们会一层接一层地编织,外层纱线可以着色和编织成图案,用于年代测定或装饰目的,完成的蹦极绳索被剪成一定长度,卷起来,然后放在纸箱里装运

末端配件可能是由蹦极绳索制造商以外的其他人安装的,在商业蹦极绳索用作行李和设备捆绑的情况下,另一家制造商或分销商将蹦极绳索切割成所需的长度,将两端翻倍,并用绕线机将一根僵硬的金属丝紧紧缠绕在两端


如何确保蹦极绳的安全性能

蹦极绳索根据最终应用需要接受不同程度的质量控制,这些通常包括目视检查、测试和贴标签或颜色编码

目视检查

所有蹦极绳索在制造过程中都要进行外观检查,以检查橡胶股线和覆盖物中的缺陷。缺陷包括断股、编织不当的覆盖物和覆盖物上明显的污渍

测试

商业蹦极绳很少需要任何测试,另一方面,Mil-spec军用规格的绳子必须经过一系列严格的测试,包括尺寸和重量测量、拉伸强度、各种载荷下的伸长率以及一些拉伸-收缩-弯曲循环

标签和颜色编码

蹦极绳的性能会受到使用年限的影响,按照军用规格制造的绳索必须在制造之日起六个月内运送给最终用户

为了确保符合这一要求,军用规格的绳索使用颜色编码来指示生产日期,主色表示年份如下:红色(1992)、蓝色(1993)、黄色(1994)、黑色(1995)和绿色(1996)

在接下来的几年里,颜色循环从1997年的红色开始重复,为了进一步确定生产日期,将第二种次要颜色也在制造中使用,如下所示:红色(1-3月)、蓝色(4-6月)、绿色(7-9月)和黄色(10-12月)

另外,一些自己制作绳索的蹦极公司使用不同的颜色编码系统来识别绳索的承载能力,而不是年限