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CLUB ALPINO MEXICANO

1Fsica en la escalada 1

Curso de Alpinismo LX17-Marzo-2010

FSICA EN LA ESCALADA PARTE 1

Gastn Snchez

ADVERTENCIA

El alpinismo, la escalada y cualquier otra actividad de montaa, sonactividades de ALTO RIESGO. El entorno cambiante, combinado conterrenos verticales y expuestos, constituyen SIEMPRE UN AMBIENTEPELIGROSO.

La multiplicidad de factores (ambientales, humanos, tcnicos, etc),tanto controlables como incontrolables, pueden afectarnos positiva onegativamente. Por ello, la prctica constante, la asesora, el estudio, laexperiencia, y la cautela, se hacen indispensables en toda actividadrelacionada con la montaa.

2Fsica en la escalada 1 Gastn Snchez

Fuerza Tensin

Friccin Efecto Polea


CONCEPTOS FSICOS

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FuerzaFuerza: accin capaz de modificar el estado de movimiento o la formade los cuerpos.

La fuerza se mide en Newtons N=kg(m/s2), unidad que relaciona masa,distancia y tiempo.


1 Newton (100 gr fuerza) 1 KiloNewton

(1000 N = 100 kg fuerza)

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PESO: fuerza con la que un objeto es atrado por la gravedadQu diablos es un Newton?

Fuerza (escenario esttico)


23 kN

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2300 kg fuerza

2300 kg fuerza

TensinTensin: Efecto de aplicar una fuerza sobre una forma alargadaaumentando su elongacin.

La tensin se har presente en el uso de cuerdas para transmitir unafuerza.


Tirolina

=

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FriccinFriccin (rozamiento): dificultad o resistencia que oponen los cuerpospara que unos se deslicen sobre otros.


Efecto poleaEn un sistema de fuerzas opuestas, como lo sera un sistema anclaje-mosquetn-cuerda, es muy comn el efecto polea.

10kg 10kg

20kg

A B

C

C = A + B


Ejemplo: La fuerza que ha de realizar B para aguantar la cuerda y noverse desplazado ha de ser igual a A. A su vez, C debe soportar elpeso de A ms la fuerza creada por B.

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Fsica en la escalada

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Factor de Cada

Fuerza de Choque

Energa en la cada

La cadaLa cada de un primero genera una cantidad enorme de energa quedebe ser absorbida por los componentes del sistema.


Cuerda

Escalador

Aseguramiento

Puntos de proteccin

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Cadena Dinmica de SeguridadLa CDS es el conjunto de todos los elementos que intervienen en laabsorcin de la energa producida por la cada de un escalador.


Reunin

Mosquetones / cintas

Nudo de encordamiento

Cuerda

Freno

Arns

Arns

Mosquetones / cintas

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Energa

Energa Mecnica: energa que tienen los cuerpos en razn de su movimiento


Energa cintica Energa potencialCapacidad de un cuerpo deproducir un trabajo por el hechode estar en movimiento

EC = m v2

Energa almacenada por una masa m en movimiento

Capacidad de un cuerpo deproducir un trabajo por el hechode estar a una cierta altura.

EP = m g H

Trabajo que ha costado elevar una masa m a una altura H

Energa: capacidad para realizar un trabajo

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Energa Potencial y Cintica

A mayor altura escalada


Mayor Energa Potencial = m g H

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Mayor Energa Cintica = m v2

Mientras ms dure una cada

Energa en una cada


Energa Cintica

Energa Potencial

En la cadam g H = m v2

m g H

m v2

Para detener una cada, lacuerda debe absorber toda laenerga cintica

H

Absorcin de la energa en una cada


Tensin = m g (H + elongacin)

Absorcin de la energa mediante TENSIN de la cuerda

L

Tensin = Energa Potencialm = 80kg

g = 9.8 m/s2

Haciendo algunos clculosH

k = mdulo de la cuerdaL = longitud de cuerda activa

Factor de CadaValor que indica la seriedad de una cada. Es una manera de estimarel dao a una cuerda que soporta la cada de un escalador.

Factor de Cada


Distancia de la cada

Longitud de cuerda activa=

FC = 5m / 5mFC = 1

FC = 5m / 2.5mFC = 2

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Factor de Cada

Algunos ejemplos con distintos valores de FC


1m

3m

2m

FC = 2m/4m

3m

3m

6m

FC = 6m/6m

3m

1m

6m

FC = 6m/4m

3m

6m

FC = 6m/3m

FC = 1m/2m FC = 1m/1m FC = 1.5m/1m FC = 1m/0.5m

FC = 5m/10m FC = 10m/10m FC = 15m/10m FC = 20m/10m

Modelo de Conservacin de la Energa


T: tensin en la cuerdam: masag: aceleracin por la gravedad

k: mdulo de la cuerda

H: altura de la cadaL: longitud de cuerda activa

Conservacin: La cuerda debe absorber la energa perdida (liberada)mediante su estiramiento (elongacin)

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Tensin y Factor de Cada


Energa potencial:EP = m g H

distancia de la cada (H)FC =

longitud de cuerda (L)

MODELO: Tensin en la Cuerda = Energa Potencial

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Importancia del FC


la mxima Tensin en la cuerda depende nicamente del FC=(H/L)Aqu radica la importancia del Factor de Cada

Para un escalador con un peso dado mg, y una cuerda con un mdulo k

Consecuencia:Bajo un escenario esttico en el que no hay una cada (ej. escalador que cuelga de la cuerda), tenemos un FC=0,

T = mg + mg = 2mg

La tensin en la cuerda es el doble del peso del escalador

Gastn Snchez

Fuerza de choque

La Fuerza de Choque (FCh) es la carga que recibecualquier parte del sistema (anclaje, escalador,asegurador, etc) en el caso de una cada.


La mxima FCh tolerable por una persona normalen una cada de factor 2, durante una fraccin desegundo, sin causarle daos mortales es de 12kN.

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Fuerza de choque


La mayor fuerza permitida que debera transmitiruna cuerda de escalada es de 12 kN (estndarUIAA).

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La resistencia de mosquetones, cintas, poleas, yotros materiales de escalada, se basa en lamxima fuerza de choque tolerable de 12kN.

Fuerzas de choque: cuerdas


Cuerdas con mayor FCh (estticas) tendrn poca capacidad deestiramiento y transmitirn mayor choque al sistema. Cuerdas con menorFCh absorbern ms energa. Sin embargo, no deberan ser muyelsticas para evitar que el escalador llegase al suelo (ej. ligas bungee).

Mercado EUAOtoo 2005

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Factores que influyen en la FChLa elasticidad de la cuerda: si una cuerda se estira ms que otra,absorber ms energa.

La lnea que traza la cuerda por la va: una lnea ms recta permitir ala cuerda absorber ms energa que si zigzagueara entre los seguros.

El tipo de dispositivo de freno usado: un dispositivo dinmico permitirque corra ms cuerda y la FCh sea menor. Un dispositivo esttico harque se transmita ms impacto al sistema.

Los nudos: tanto el nudo de encordamiento como los de anclajes, seapretarn al recibir carga y eso absorber energa.

El arns: arneses ms acolchados absorbern ms energa que losarneses ms ligeros.

El peso del escalador: cuanto ms pesado sea el escalador, ms FChse producir.

El peso del asegurador: cuanto ms pesado sea el asegurador, msFCh se producir.


Resistencias del equipo basadas en FCh=12kN

Mosquetn de anclaje: 24-25 kNMosquetn y cinta express: 22-24kNMosquetn de seguridad y dispositivo de freno: 3kNNudo de encordamiento: 12kNArns: 15-16kN

22kN

12kN10kNMx FCh

terica =12kN

Efecto Polea


Distribucin de la energaEn una cada la energa es transmitida a los elementos de la cadenadinmica de seguridad.


Por qu la energa no se distribuye equitativamente?

FRICCIN

Gastn Snchez

La energa NO se distribuye equitativamenteentre los elementos.

Cargas tpicas (valores orientativos)

3 kN

1.8kN1.1kN

Peso escalador: 80 kg


6-7 kN

4.7kN2.6kN

12 kN

7.5kN4.5kN

Cada ms pequea

Cada habitual

Mayor cada posible

Frenado dinmico(la cuerda no se detiene en brusco)

Gastn Snchez

Energa y rozamientos de cuerdaLa friccin que experimente la cuerda en su trazado (guiado) afectar ladistribucin de la energa a lo largo de la Cadena Dinmica de Seguridad


Buena distribucin y absorcin de la energa

Gran desigualdad de distribucin y pobre

absorcin de la energa

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Cadas sobre cuerdas estticas


9 kN

5.7kN3.1kN

18 kN

11.8kN6.2kN

Cuerda Dinmica

Cuerda Esttica

La FCh aumenta considerablemente cuando se usan cuerdas estticas

Una cada de tan slo 1.2 metros sobre cuerda esttica (cinta ocordino) puede generar suficiente impacto para producir lesionesseveras e incluso MORTALES.

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Aseguramiento: fuerzas de choqueComparacin de fuerzas de choque creadas por una cada de ochometros con un factor de cada de 1.4

Dispositivo de freno FC sobre el seguro

Dinmico 5.6 kN

Autobloqueante 8.85 kN

Dispositivo de freno FC sobre el seguro

Dinmico 8.25 kN

Autobloqueante 14.35 kN

Cuerda con FC de 7kN

Cuerda con FC de 12kN


Aseguramiento Dinmico y Esttico

Comparacin entre aseguramiento esttico y aseguramiento dinmico


Nmero de diapositiva 1ADVERTENCIANmero de diapositiva 3FuerzaFuerza (escenario esttico)TensinFriccinEfecto poleaNmero de diapositiva 9La cadaCadena Dinmica de SeguridadEnergaEnerga Potencial y CinticaEnerga en una cadaAbsorcin de la energa en una cadaFactor de CadaFactor de CadaModelo de Conservacin de la EnergaTensin y Factor de CadaImportancia del FCFuerza de choqueFuerza de choqueFuerzas de choque: cuerdasFactores que influyen en la FChResistencias del equipo basadas en FCh=12kNDistribucin de la energaCargas tpicas (valores orientativos) Energa y rozamientos de cuerdaCadas sobre cuerdas estticasAseguramiento: fuerzas de choqueAseguramiento Dinmico y Esttico

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