Wrijving in touw: waarom knopen en klemknopen houden

Wrijving ontstaat wanneer twee oppervlakken tegen elkaar worden gedrukt. Hoe harder ze worden aangedrukt en hoe ruwer of 'grippiger' het materiaal, hoe groter de wrijvingskracht. Natuurkundigen beschrijven die grip met de wrijvingscoëfficiënt. Men onderscheidt statische wrijving, die voorkomt dat iets gaat glijden, en dynamische wrijving, die een al glijdend deel afremt. Statische wrijving is meestal iets groter – daarom is het makkelijker een glijdend touw te laten doorglijden dan het te stoppen.

Wanneer een touw om een ronde paal loopt, gebeurt er iets bijzonders. De spanning drukt het touw tegen de paal, en deze druk veroorzaakt wrijving die een deel van de spanning 'opslokt'. Op het volgende stuk paal is de kracht in het touw al kleiner, maar wordt weer met hetzelfde aandeel verminderd. De touwwrijvingsformule – ook kaapstanderformule genoemd, naar de oude scheepslier – laat daarom zien: de houdkracht groeit niet gelijkmatig maar exponentieel met de omslagshoek.

Een beeld laat zien wat dat betekent: als één wikkeling een bepaald deel van de last wegneemt, neemt de tweede hetzelfde deel weg van wat overblijft, enzovoort. De effecten vermenigvuldigen zich in plaats van dat ze gewoon worden opgeteld. Verrassend is dat in de eenvoudige formule de diameter van de paal geen rol speelt, alleen hoe vaak en hoe ver het touw eromheen loopt. In werkelijkheid veranderen de stijfheid en dikte van het touw het resultaat enigszins.

Een knoop is een kleine verzameling wikkelingen en klempunten. Waar een touwdeel om een ander heen loopt, werkt touwwrijving. Waar een touwdeel tussen twee andere of tussen touw en voorwerp wordt vastgeklemd, ontstaat een 'beet' – vakmensen noemen dat een nip. Hoe harder de last trekt, hoe steviger deze punten tegen elkaar worden gedrukt, en hoe beter de knoop houdt.

Daarom is het zo belangrijk een knoop netjes te leggen en stevig aan te trekken. Een netjes gelegde knoop heeft duidelijk afgebakende nips. Een slordige, los aangetrokken knoop kan onder belasting 'kantelen', dat wil zeggen van vorm veranderen en daarbij slippen of losgaan. Lange eindstukken geven ook een reserve, want bij wisselende belasting kan het touw langzaam door de knoop kruipen.

Wrijvingsknopen zoals de Prusik gebruiken hetzelfde principe slim. Een dunner koord wordt meerdere keren om een dikker touw gewikkeld. Als je aan het koord trekt, drukken de wikkelingen het stevig tegen het touw en grijpt het. Zonder spanning komen de wikkelingen los en kan de knoop worden verschoven. Is het koord te dik in verhouding tot het touw, dan grijpt het slecht.

Het materiaal speelt mee. Gladde, stijve of heel dunne koorden hebben minder wrijving dan ruwe natuurvezels. Een knoop die in een hennepen touw veilig houdt, kan slippen in een glad kunststof koord of in moderne, heel gladde hoogwaardige vezels. Voor zulke materialen kies je knopen met meer windingen of zet je een extra zekering op het eindstuk.

Nattigheid, ijs, vuil en slijtage veranderen de wrijving ook, en niet altijd in dezelfde richting. Daarom kunnen er geen vaste waarden worden gegeven. De theorie vertelt je de richting van een effect – meer wikkelingen, meer grip; gladder materiaal, minder grip. Hoe goed een bepaalde knoop in een bepaald touw houdt, laat zich alleen door uitproberen aantonen.

Een mooi praktijkvoorbeeld is de dubbele rondtørn: het touw gaat één keer helemaal om een paal voordat het met halve steken wordt vastgezet. De rondtørn neemt een groot deel van de belasting op, zodat de halve steken nog maar weinig hoeven te houden. Daardoor kan zelfs een zware last gecontroleerd worden vastgehouden en weer losgelaten.

Voor het experiment heb je een koord van een paar meter nodig, een gladde paal – zoals een bezemsteel of een leuning – en een gewicht, zoals een volle waterfles of een kleine rugzak. Hang het gewicht aan het ene uiteinde en leg het koord één keer over de paal. Voel hoeveel kracht je aan het andere uiteinde nodig hebt om het vast te houden.

Leg dan één, twee, drie hele wikkelingen om de paal en vergelijk. Je merkt dat al een paar wikkelingen de benodigde houdkracht drastisch verminderen. Probeer ook verschillende koorden: een ruw katoenen koord en een glad kunststof koord gedragen zich merkbaar anders.

Zorg bij het oefenen dat er niets zwaars op voeten of hoofden kan vallen, en gebruik alleen kleine gewichten. Het experiment is bedoeld om het principe te laten zien – het is geen test voor touwen waar mensen of zware lasten aan gaan hangen.

Je komt touwwrijving op veel plaatsen tegen: op bolders in de haven, op kaapstanders en lieren, bij het abseilen en bij zekeringsmaterialen in het klimmen, en bij het ophangen van een hangmat. Het gaat er altijd om een grote last met weinig handkracht vast te houden of gecontroleerd te laten zakken.

Wrijving levert ook warmte op. Als een touw snel over een ander touw of over een rand glijdt, kan het zo heet worden dat kunstvezels gaan smelten. Laat een touw daarom nooit onder belasting over een ander touw lopen. Meer over wat een touw verzwakt vind je bij het onderwerp touwsterkte.