Dağcılık ve Tırmanış İpleri Neden Dinamik Olarak Üretilir?

Tırmanış sırasında düşmek, tırmanışçı için, az ya da çok, bir olasılıktır. Bu gerçekleştiğinde, basit fizik kurallarını ve esnemeyen bir ipin oluşan kuvvetleri ilettiğini düşünürseniz, tırmanışçının sakatlanması ya da ipin kopmasının çok kolay olduğunu görürsünüz. İşte bu yüzden, düşüş sırasında ipin esneyerek uzaması, bunu yaparken açığa çıkan enerjiyi emerek şoku azaltması çok önemlidir. Bu şokun sürekli olarak belirli değerlerin altında kalması istenir, zira insan vücudunun da bir dayanma sınırı vardır! . Dünya Dağcılık Federasyonları Birliği (UIAA), tırmanıcıya gelecek kuvvetleri sınırlandıracak standartları oluştururken, paraşütler için yapılan askeri araştırmaları temel almıştır. Bu araştırmaların sonuçlarına göre, paraşütün açıldığı anda insan bünyesinin sakatlanmadan dayanabileceği kuvvet 12 kN (kilo Newton*) ile sınırlandırılmıştır. Dolayısıyla UIAA onaylı tırmanış iplerinin sağlıklı kullanım ömürleri boyunca 12 kN’dan fazla kuvvet iletmemesi istenir.

Ani Kuvvet ve Düşme Faktörü

Düşüş sırasında açığa çıkan potansiyel enerjinin bir kısmı emilir. İpin esnemesi, bağlanma düğümünün sıkışması, ipin kayalara ve karabinalara sürtünmesi, emniyet aleti içindeki sürtünme, emniyetçinin hareketi, vb. Ani kuvvet dediğimiz (kuvvet), ip sistemindeki bütün sürtünme kayıplarından sonra ip üzerinde kalan kuvvettir. Bu kuvvet tırmanıcıya ve emniyetçinin fren eline (biraz daha az olarak) etki eden kuvvettir. Oluşan ani kuvvetin birbuçuk katından biraz fazlası düşülen emniyet aletine binecektir. Ani kuvvet ne kadar azsa, düşüşün etkileri o kadar hafif olacaktır. Düşüş mesafesi tırmanıcı için önemlidir, ip için değil. İp için önemli olan düşülen mesafenin ipin kullanılan uzunluğuna oranıdır. Bu orana düşme faktörü denir ve oluşan ani kuvvet için belirleyicidir. Olabilecek en büyük oran ikidir. Tırmanıcı emniyet noktası almadan emniyetçinin üzerine ve devamen altına düşerse oluşur. Düşme faktörü aynı olan düşüşlerde aynı ani kuvvetler oluşur. 10 metre ip açıkken 5 metre düşen tırmanıcı ile 1 metre ip açıkken yarım metre düşen tırmanıcı üzerine etki eden ani kuvvet aynı olur.

Bunun üzerinde biraz duralım. Havada 10 metre uçan bir adam ile, 20 metre uçan (onun klon kopyası) üzerine aynı kuvvetler mi etki eder? Cevap evet. (ağırlık, ipin cinsi, emniyetçi, sistem sürtünmeleri aynı ise.)

Her şey enerjinin korunumu yasasını kabul etmek ile başlıyor. Enerjinin korunumuna göre, enerji asla yok olmaz. Biçim değiştirir, kayıplara harcanır, maddenin fazını değiştirir ama bunları topladığında başlangıç noktasındaki enerji değerine denk olur.

Bunu yükseklik ve düşüş ile beraber düşünelim:

Yüksekteki her cismin bir potansiyel enerjisi (Ep) vardır. Bunu hesaplamak için kişinin kütlesi (m), yerçekimi ivmesi (g) ve yerden yüksekliği (h) bilinmelidir. Matematiksel olarak;

Ep=m.g.h (eşitlik 1)

Şeklinde ifade edebiliriz. Düşen bir tırmanıcı için, önemli olan yükseklik havada düştüğü (uçtuğu) mesafe olduğu için

h= düşülen mesafe kabulünü yapacağız.

Bu potansiyel enerji kaybolmayacak, ne olacak? Birazı sürtünme ve diğer kayıplara gidecek, kalanı düşüşün enerjisi (Ed) olarak ipte kalacak.

Kayıpları ihmal edersek;

Ep= Ed (eşitlik 2)

Doğru bir ifade olacak.

Düşüşte açığa çıkan enerji nasıl hesaplanır? Bu enerji, ipi esneten enerjidir. Düşüşte oluşan kuvvetlerin en yüksek değere ulaştığı anda, düşüşün bütün enerjisinin ortaya çıktığını ve ipin en fazla esnemiş olduğunu söyleyebiliriz. İpin esnemesini (x), esnemenin en fazla olduğu değeri (Xm) ile ifade edelim. Düşüşte oluşan en büyük ve sadece bir anlık kuvveti, ani kuvvet (Impact Force) olarak adlandıralım ve (Fa) ile ifade edelim. Enerji, kuvvetin altında kalan alan olduğuna göre; İpin esnemeye başladığı andan (0) esnemenin en fazla olduğu ana (x=Xm) integralini aldığımızda enerjiyi hesaplayabiliriz.

Ed=∫F.dx = ∫ Fa.dx = ½ .Fa.Xm ( 0 dan Xm’e) (eşitlik 3)

Düşüşte ipin esnediğini kabul ettiğimiz için enerjinin korunumu ilkesi doğrultusunda çözmemiz gereken denklem ;

m.g.(h+Xm) = ½ .Fa.Xm (eşitlik 4)

şeklini alıyor.

Uygulanan kuvvet (F) etkisiyle, ipin boyuna (L) ve ipin esneme katsayısına (k) bağlı olarak ipin esnemesi(x) oluştuğuna göre;

x=F.k.L (eşitlik 5)

ve ani kuvvet için

Xm=Fa.k.L (eşitlik 6)olur.

Bunu (eşitlik 4)’e yerleştirdiğimizde;

m.g.(h+Fa.k.L) = ½ .Fa².k.L (eşitlik 7)

halini alır. Bu korkunç denklemin ara işlemlerini atlayıp hemen aşağıdaki ani kuvvet formülüne bakalım:

Fa= m.g+√[m².g² + (2.h.m.g )/k.L] (eşitlik 8)

Düşme faktörü (δ), düşülen yüksekliğin (h) açık ip boyuna (L) oranı

δ = h / L (eşitlik 9)

olduğuna göre artık (eşitlik 8)’i basitleştirebiliriz;

Fa= m.g {1+√[1 + (2.δ )/m.g.k]} (eşitlik 10)

Sonuç:

Bu durumda düşüşte tırmanıcı, emniyetçi ve emniyet noktalarına gelen kuvveti artıran faktörler;

1. Tırmanıcının ağırlığı (m)
2. Düşme faktörü (δ)
3. İpin esneme katsayısı (k) ile sınırlıdır.

Tırmanıcının ağırlığı ve düşme faktörü arttıkça daha sert düşüşler oluşur. Bir tırmanıcının daha yumuşak düşmek için yapabilecekleri ise araya daha fazla ara emniyet atmak ve daha düşük ani kuvvetli bir ip kullanmaktır.

Matematik açıklamalarda ihmal edilen noktaları da burada belirtmekte fayda var.

Her şeyden önce, düşülecek emniyet aleti çook sağlam yerleşmiş olsun.

Kayıp enerjiyi (sürtünme ve diğer sönümlenen enerji) kontrollü olarak artırmak ve ani kuvveti azaltmak için bir kaç basit ipe bağlanma hilesi yapılabilir;

• Emniyet kemerine bağlanırken ipin ucunu bağlanma halkalarına 2 tur dolayın,
• Sert bir düşüşten sonra Sekizli düğümünü çözüp tekrar bağlayın (zira düşüşteki sıkışma hem ani kuvveti azaltan bir etken, hem de düğümün çekerini %30 zayıflatmış olduğu için tedbiri elden bırakmamak iyidir.)

• Düşüşten sonra mümkün ise ipin öbür ucuna bağlanıp devam edin ki ardışık düşüşlerde ipin sertleşmesi ve esnekliğini geçici kaybetmesi nedeniyle yükselen ani kuvvet canınızı yakmasın. İpin ucunu değiştirmek mümkün değilse, en azından beş dakikadan fazla ipi dinlendirin (tercihen yük vermeden.)

Gerçek koşullarda düşünmemiz gereken, düşüş sırasında en fazla enerjinin sönümlendiği durumlar şunlardır;

1. Tırmanıcının yere/duvara çarpması (çok fena)
2. Emniyetçinin hareketi ile enerji sönümlemesi
3. Emniyetçinin fren ipini kaydırarak enerji sönümlemesi

Birinci olasılık, bu yazı yazılırken önlenmesi amaçlanan yaralanma hali. Bu tip bir sönümleme olmaması için, mutlaka uygun aralıkla emniyet noktası alınmalı ve bu ara emniyet noktalarına gelecek ani kuvvet tehlikeli sınırları aşmamalı.

Emniyetçinin hareket ederek düşüşü sönümlemesi mümkündür. İstasyon güvenliğinin izin verdiği durumlarda düşüşte ipin gerilmeye başladığı anda zıplayan (bu esnada fren elini bırakmaması çok önemli!) emniyetçi şokun uygulanma süresini uzatarak kuvveti azaltmakta. Bunun yapan emniyetçi istasyona kontrollü olarak bağlı olmalı, kask takmalı ve kaya yüzeyine çarpıp bilincini yitirmeyecek durumda olmalıdır. Askı istasyon alınabilen noktalarda emniyetçinin istasyona bağlanıp ip emniyetini kendi üzerinden alması, kontrollü bir vücut sönümlemesi olacaktır (düşüş anında yer çekimi ortadan kalkmaz ise!).

Emniyetçinin fren ipini kaydırması, bilinçli veya bilinçsiz yapılabilen bir etkendir. Ağırlığı sizden fazla olmayan bir tırmanıcının düşüşünü, eğer kuvvetli kollarınız ve refleksleriniz var ise bir miktar boş vererek yumuşatabilirsiniz. Ancak sizden ağır ve/veya sert (yüksek düşme faktörlü) düşen tırmanıcılara boş vermekten kaçının. Zira, zaten oluşan kuvvet ipi sizin elinizden kaydırabilir. Hangi teknik ile emniyet aldığınıza göre ip kaymasının miktarı değişecektir. Sekizli iniş halkası ile lider emniyeti alınmamalıdır, çünkü en çok ip kayması yapan alettir. Yeni kova tipi emniyet aletleri (ATC, VC, vs) Stich plakalarına göre daha yüksek kuvvete kaymaya başlarlar. Yarım kazık emniyeti ile gri gri ve yo-yo gibi otomatik kilitlenen emniyet aletleri ip kayması açısından en güvenli emniyet aletleridir. Bu otomatik kilitlenen aletler fren ipini yüksek ani kuvvetlerde bile hızla kilitlerler. İp diğer emniyet aletlerinin kaydırmaya başladığı değerin 2 katına yakın değerlerde kaymaya başlar. Bu sebeple, sistemdeki bütün uçlara çok daha yüksek ani kuvvetler gelir. Sağlamlığından emin olamadığınız geleneksel ara emniyetlere yüksek düşme faktörlü düşüşler yapma ihtimaliniz olan rotalarda bu tip emniyet gereçlerinden kaçınmalısınız (Zaten bu aletler sportif tırmanışlar için vurgulanmaktadır).

Emniyet aletlerinin sönümleme etkilerini somut örneklerle açıklayalım¹. Aynı düşüş testi (80 kg ağırlık ve 10,5mm’lik dinamik ip) değişik emniyet aletleri ile tekrarlandığında;

Yaylı sıkışmalı otomatik kilitlenen emniyet aleti kullanıldığı zaman oluşan kuvvetler yaklaşık olarak, tırmanıcıya 625 daN, emniyetçiye 380 daN, düşülen ara emniyet noktasına 1000 daN (10 kN) olarak ölçülmüş.

Kova tipi emniyet aletleri kullanıldığında ise en yumuşak düşüşü sağlayan alet, tırmanıcıya 300 daN, emniyetçiye 120 daN, düşülen ara emniyet noktasına 420 daN (5,56 kN) yük bindirmiş. Bu emniyet aleti 75 cm kadar ipi düşüş sırasında kaydırarak açığa ısı enerjisi çıkarmış. Emniyet kovalarının en yüksek değerler veren modeli ise, tırmanıcıya 378 daN, emniyetçiye 177 daN, düşülen ara emniyet noktasına 556 daN (5,56 kN) yük bindirmiş. Bu emniyet aleti 75 cm kadar ipi düşüş sırasında kaydırarak açığa ısı enerjisi çıkarmış.

Görüldüğü üzere, özellikle alpin tırmanışlar için emniyet kovası tavsiye edilmesi boşuna değil.

 İp kayması başladığı zaman ipin emniyetçinin fren elini yakması ve emniyetçinin fren ipini kaçırması olasılıkları ortaya çıkar. Bunu önlemek için tırmanıcının özellikle ip boyunun başında sık ara emniyet oluşturması, emniyetçinin de vücudu ile dinamik emniyet alması en sağlıklı önlemlerdir.

Açıklamalar:

*kN (kilo Newton): Kuvvet birimi. 1 kN = 100 daN = 1000 N ve yaklaşık olarak 1daN ≡ 1 kg

Kaynaklar:

¹ http://www.somat.com/applications/articles/rei.htm

http://www.climbcarolina.com/train/fall.html

http://www.stack.nl/~stilgar/calc.php

http://www.petzl.com/statique/sport/ENG/tech/html/simul/FC/index.html

http://www.petzl.com/petzl/publicFichePdt?id=173#

Beal Ropes

PMI Ropes