La physique en rapport avec l escalade

Transcription

1 La physique en rapprt avec l escalade Amrtissement d'une chute (vl) Frce de chc Facteur de chute Résistance du matériel

2 Frce chc : Définitin La frce de chc est l'impact que va encaisser un grimpeur à la fin d'une chute. C'est l effrt l exercée e sur le grimpeur (sn baudrier) lrsque la crde se tend à l arrêt de la chute. Cette ntin est particulièrement rement imprtante pur assurer : Le cnfrt du grimpeur, La sécurits curité du grimpeur car un traumatiser le grimpeur slliciter de façn trp imprtante les pints d'assurage, du grimpeur car un arrêt trp vilent peut : particulièrement rement en terrain d'aventures, en mntagne u en glace. Physique et Escalade - a 2

3 Frce chc : Origine de la frmule Quand le grimpeur chute: 1. Il cnvertit sn énergie ptentielle (Ep( Ep= = H*M*g) en énergie cinétique (Ec( Ec= = 1/2 MV2) 2. Il acquière dnc de la vitesse V= 2gH 40 km/h pur une chute de 6 mètres m 50 km/h pur une chute de 10 mètresm 3. Pur arrêter la chute, la crde s allnge. s Elle se cmprte cmme un ressrt qui ppse une frce prprtinnelle à sn allngement. Ce travail de la frce élastique de la crde représente une énergie élastique emmagasinée e par la crde. En fin de chute, la crde restitue cette énergie sus la frme : Abracadabra Physique et Escalade - a 3

4 Frce chc : Frmule de calcul Résultats (*) Sectin et Élasticité de la crde Fchc= = M g * ( H s E ) L M g Hauteur de chute Pids du Lngueur de crde grimpeur Lrsqu n n grimpe : On ne peut plus juer sur sn pids (M*g). On ne peut plus juer sur nature de la crde (s*e). Le seul facteur qui va varier au mment de la chute est le rapprt H/L Dnc pur réduire la frce chc, la seule pssibilité (en plus de l assurage l dynamique) est de réduire le facteur de chute (le rapprt H / L). (*)Vir calcul cmplet à la fin si pas allergique à la physique Physique et Escalade - a 4

5 Frce chc : Frce chc max de la crde Le fabricant de crdes indique la frce chc max des crdes : pur un pids du grimpeur d'une masse de 80 kg Pur un facteur de chute de 1.77 (pur une crde d escalade) d Cette valeur dit être inférieure à 12 kn (pids d'une masse de 1,2 tnne (vir à la page «Résistance du matériel riel» d'ù vient cette valeur) Plus la valeur de la frce chc max est faible, plus le chc sera dux. dnc mindre sera le traumatisme du grimpeur et les risques d arracher le matériel d assurage. d Physique et Escalade - a 5

6 Facteur de chute : Définitin C'est le rapprt entre la hauteur de chute libre et la lngueur au reps de crde dispnible pur arrêter la chute Exemple : 6 m de chute 13 m de crde = 0,45 Physique et Escalade - a 6

7 Facteur de chute : Quelques exemples pratiques Spélélgie Le facteur de chute est thériquement inférieur u égal à 1 si l'équipement est crrectement réalisr alisé. Ceci autrise l'empli de crdes semi-statiques. statiques. Escalade - Alpinisme Le facteur de chute est inférieur u égal à 2. Il faut utiliser une crde dynamique. Via Ferrata La lnge de 1m glisse sur le câble pendant 5m. Le facteur de chute peut mnter jusqu à 5 u 6. Il est impératif d'utiliser un absrbeur de chc. Physique et Escalade - a 7

8 Facteur de chute : Cas particulier : Départ D relais Sans dégained Facteur de chute = 6/3 = 2. 2 Avec à 1m Facteur de chute = 4/3 = 1.33 Physique et Escalade - a 8

9 Facteur de chute : Différences entre facteur chute thérique et réelr Lrsqu il y a du tirage (si la crde est sumise à de frts frttements), la lngueur de crde efficace pur retenir la chute diminue et le facteur de chute peut alrs être bien plus imprtant, et même se rapprcher de 2. 2 Dans la pratique, et principalement en terrain d'aventure, n utilise une crde de rappel 1/2 (pssédant deux brins) musquetnnée un brin sur deux Pur réduire r le tirage et ainsi réduire r le facteur chute réel. r 1/2 Physique et Escalade - a 9

10 Frce de chc : Types de crdes 1 Il existe 3 types de crdes ainsi marquées : Crde à simple : 1 brin, frce chc max=12kn (1200kg). On passe 1 brin par dégaine d (de tute façns il n y n y en a qu un). un). 1/2 Crde à duble (u crde de rappel) : 2 brins, Frce chc max = 8kN (800 kg) / brin. On ne passe qu un un seul brin par dégained (si n passe les 2 brins, la frce chc risque d être d trp frte). Crde jumelée : 2 brins, Frce chc max = 12kN (1200 kg) / les 2 brins. On passe les 2 brins par dégaine. d Physique et Escalade - a 10

11 Frce chc : Cnséquences pratiques La frce de chc d'une crde dit être la plus faible pssible, tujurs inférieure à 12KN (*) pur une crde à simple. Une bnne crde a une frce de chc de 7kN. L'âge d'une crde est cmpté en nmbre de chutes de facteur 2 qu'elle a subi. Les crdes d'escalade snt cnçues pur résister à au mins 5 chutes de facteur 2. Une bnne crde peut résister à 8 chutes de facteur 2. 2 Il est de bnne pratique de marquer sur la crde le nmbre de chutes qu'elle a subi afin de cnnaitre sn élasticité (si elle est vieille elle sera d'autant mins suple), par exemple en dessinant des traits sur les buts pur chaque chute imprtante. (*) Rappel : 12kN = (pids d'une masse de 1200kg) Physique et Escalade - a 11

12 Frce chc : Etat de la crde après s un chc La crde dit revenir à sa lngueur initiale pur retruver ses caractéristiques ristiques de frce chc max. Lrs des tests le fabricant attend 5 minutes avant de refaire un test de chute. Par ce prtcle il assure que N chutes de facteur 2 cnsécutives cutives sernt amrties avec la frce chc max qu il indique. Si après s une chute, n repart directement dans la vie, n n est n plus dans les mêmes cnditins d utilisatin d de la crde. En cas de 2ième chute,, la crde peut alrs ppser une et dnc entrainer des frce chc plus imprtante et dnc entrainer des traumatismes plus graves,, u la rupture des pints d assurage. Il en va de même avec une crde trp vieille (âge, UV,... ). Il en va de même avec une Elle ne cassera sans dute pas, mais ffrira autant d amrtissement d qu un un câble d acierd acier Physique et Escalade - a 12

13 Résistance du matériel Le crps humain ne dit pas supprter plus de 15 g durant l amrtissement. l La crde dit dnc supprter au min : 15*g*80 kg = N = 12 kn (pids d'une masse de 1,2 tnne) L effet pulie sllicite 2 fis tute la chaine d assurage (pitn, dégaine) d 24 kn 12 kn 12 kn Les dégaines d divent dnc supprter 2*12 kn= 24kN (pids d'une masse de 2,4 tnne) En fait le frttement de crde cnsmme 30% de l'énergie, la cntre réactin r est d'envirn 8,5 kn. La frce exercée e sur la dégaine d est dnc de 20,5 kn Physique et Escalade - a 13

14 Cntributins Cette présentatin a été élabrée à partir d infrmatins d recueillies sur les sites web suivants : frce-de-chc Physique et Escalade - a 14

15 Annexe : Calcul cmplet de la frce chc 1 Chute libre, Etape Crde Frces Energies Vit. Alt. Chute libre 2 Fin Chute libre Ammrtissement 3 F chc max Lâche Lâche Lâche Se tend Tendue max Mg Mg Mg Mg F crde Mg F chc Ptentielle Mg(H+a) Ptentielle M*g*a Cinétique ½ MV 2 Elastique ½ ka 2 (K : raideur crde) 0 H+a V Max 0 0 Entre 1 et 3, l él énergie ptentielle se transfrme en énergie élastique : Mg (H+a) = ½ ka 2 ka 2-2Mga 2MgH = 0 a a = Mg * ( k H ) k Mg Physique et Escalade - a 15

16 Annexe : Calcul cmplet de la frce chc La frce chc est délivrd livrée e par la crde sus la frme Fchc= = ka = Mg * ( k H ) k Mg La raideur de la crde k = s*e / L s= sectin de la crde E= Elasticité de la crde L= Lngueur de la crde On btient la frmule de la frce chc : Fchc= = Mg * ( se H ) L Mg Fchc= = Mg * ( se H ) Mg L Physique et Escalade - a 16