Tarcie w linie: dlaczego trzymajńÖ wńôzŇāy i wńôzŇāy cierne

Tarcie powstaje, gdy dwie powierzchnie są do siebie dociśnięte. Im mocniej są dociśnięte i im bardziej szorstki albo „chwytny” jest materiał, tym większa siła tarcia. Fizycy opisują chwytność współczynnikiem tarcia. Rozróżnia się tarcie statyczne, które nie pozwala czemuś zacząć się ślizgać, i tarcie kinetyczne, które hamuje część już się ślizgającą. Tarcie statyczne jest zwykle nieco większe – dlatego łatwiej pozwolić ślizgającej się linie dalej się ślizgać, niż ją zatrzymać.

Gdy lina biegnie wokół okrągłego drążka, dzieje się coś szczególnego. Naciąg dociska linę do drążka, a ten nacisk wywołuje tarcie, które „połyka” część naciągu. Na następnym odcinku drążka siła w linie jest już mniejsza, ale znów zmniejsza się w tej samej proporcji. Wzór na tarcie liny – zwany też równaniem kabestanu, od dawnej wciągarki okrętowej – pokazuje więc: siła trzymania nie rośnie równomiernie, lecz wykładniczo wraz z kątem okrążenia.

Obraz pokazuje, co to znaczy: jeśli jedno okrążenie zabiera pewną część obciążenia, drugie zabiera tę samą część z tego, co zostało, i tak dalej. Efekty się mnożą, a nie tylko dodają. Zaskakujące jest to, że w prostym wzorze średnica drążka nie odgrywa żadnej roli, liczy się tylko to, jak często i jak daleko lina go okrąża. W rzeczywistości sztywność i grubość liny nieco zmieniają wynik.

Węzeł to niewielki zbiór okrążeń i punktów zacisku. Tam, gdzie jeden odcinek biegnie wokół drugiego, działa tarcie liny. Tam, gdzie jeden odcinek jest zakleszczony między dwoma innymi albo między liną a przedmiotem, powstaje „ugryzienie” – fachowcy nazywają to zaciskiem. Im mocniej obciążenie ciągnie, tym mocniej te punkty są dociskane do siebie i tym lepiej węzeł trzyma.

Dlatego tak ważne jest, żeby węzeł starannie ułożyć i mocno zaciągnąć. Starannie ułożony węzeł ma wyraźnie zarysowane zaciski. Niechlujny, luźno zaciągnięty węzeł może się pod obciążeniem „wywrócić”, czyli zmienić kształt, i przy tym ześlizgnąć się albo rozwiązać. Długie końcówki dają też zapas, bo przy zmiennym obciążeniu lina może powoli przesuwać się przez węzeł.

Węzły cierne, takie jak węzeł Prusika, sprytnie wykorzystują tę samą zasadę. Cieńszy sznur owija się kilka razy wokół grubszej liny. Gdy pociągniesz za sznur, okrążenia dociskają go mocno do liny i chwyta. Bez naciągu okrążenia się luzują i węzeł można przesuwać. Jeśli sznur jest zbyt gruby w stosunku do liny, chwyta słabo.

Swoją rolę odgrywa materiał. Gładkie, sztywne albo bardzo cienkie sznury mają mniejsze tarcie niż szorstkie włókna naturalne. Węzeł, który pewnie trzyma w linie konopnej, może się ześlizgnąć w gładkim sznurze z tworzywa albo we współczesnych, bardzo śliskich włóknach o wysokiej wytrzymałości. Do takich materiałów wybiera się węzły z większą liczbą okrążeń albo dodaje zabezpieczenie na końcówce.

Wilgoć, lód, brud i zużycie też zmieniają tarcie, i nie zawsze w tym samym kierunku. Dlatego nie da się podać stałych wartości. Teoria mówi ci o kierunku zjawiska – więcej okrążeń, lepsze trzymanie; gładszy materiał, słabsze trzymanie. Jak dobrze dany węzeł trzyma w danej linie, pokaże tylko próba.

Ładnym praktycznym przykładem jest półwęzeł z okrążeniem: lina okrąża słup raz w całości, zanim zostanie zabezpieczona dwoma półsztykami. Okrążenie przejmuje dużą część obciążenia, więc półsztyki muszą utrzymać tylko niewiele. Dzięki temu nawet duży ciężar można kontrolowanie utrzymać i znów zwolnić.

Do doświadczenia potrzebujesz kilkumetrowego sznura, gładkiego drążka – na przykład kija od miotły albo poręczy – i ciężarka, takiego jak pełna butelka wody albo mały plecak. Zawieś ciężarek na jednym końcu i przełóż sznur raz przez drążek. Poczuj, jakiej siły potrzebujesz na drugim końcu, żeby go utrzymać.

Potem zrób jedno, dwa, trzy pełne okrążenia wokół drążka i porównaj. Zauważysz, że już kilka okrążeń drastycznie zmniejsza potrzebną siłę trzymania. Wypróbuj też różne sznury: szorstki sznur bawełniany i gładki sznur z tworzywa zachowują się wyraźnie inaczej.

Ćwicząc, dopilnuj, żeby nic ciężkiego nie mogło spaść na stopy ani na głowy, i używaj tylko małych ciężarków. Doświadczenie ma pokazać zasadę – nie jest testem lin, na których będą wisieć ludzie lub ciężkie ładunki.

Tarcie liny spotkasz w wielu miejscach: na pachołkach w porcie, na kabestanach i wciągarkach, przy zjeździe na linie i w przyrządach asekuracyjnych we wspinaczce oraz przy mocowaniu hamaka. Zawsze chodzi o to, żeby małą siłą ręki utrzymać duży ciężar albo kontrolowanie go popuszczać.

Tarcie wytwarza też ciepło. Jeśli lina szybko ślizga się po innej linie albo po krawędzi, może się tak nagrzać, że włókna syntetyczne zaczną się topić. Dlatego lina pod obciążeniem nigdy nie powinna przesuwać się po linie. Więcej o tym, co osłabia linę, znajdziesz w haśle o wytrzymałości liny.