Что прочнее, веревка без узлов или веревка с узлами?

Волокна в пряди каната «укладываются» прямо, а затем скручиваются. Несколько нитей соединяются путем скручивания, чтобы получилась веревка. Когда веревку туго натягивают, все волокна испытывают одинаковое напряжение, и все они вносят почти одинаковый вклад в прочность на растяжение. Однако в узле волокна внутри кривой не натянуты, а волокна снаружи растягиваются, следуя кривой. Напряжение неравномерное.

При натяжении веревка прочнее, если на ней нет узлов, потому что неравномерное напряжение, вызванное формой узла, может сломать наиболее напряженные волокна при уровнях натяжения, которые не угрожают повредить прямую веревку. Были протестированы различные узлы и типы соединений, чтобы увидеть, насколько хорошо они сохраняют прочность исходной лески; петля с наперстком (стальная внутренняя опора) — одна из лучших конструкций; узел сверху (показанный в вопросе) - один из худших.

Каждая веревка ослабевает, если завязать узел! Физика, стоящая за этим явлением, очень сложна (я, например, не знаю их, и были ли они полностью поняты), но эмпирически было многократно показано, что любой узел ослабляет веревку примерно на 30% (от максимальной нагрузки, когда нет узлов), и когда веревка рвется, это происходит в узле или вблизи него.

Для справки (один из многих источников, подтверждающих это утверждение):
«Прочность на разрыв узла и прочность на разрыв веревки» , Национальное спелеологическое общество.

Если у вас есть поврежденный (обычно изношенный) участок веревки, то можно завязать другой участок веревки, чтобы принять нагрузку. Обычно вы делаете это с овчиной или одним из ее вариантов. В этом случае веревка с узлами будет прочнее, чем раньше, потому что ее прочность серьезно ограничена поврежденным участком. Теперь поврежденный участок больше не испытывает нагрузки, вы исправили самое слабое звено.

Однако, если вы начали с двух одинаковых веревок, а затем повредили одну из них, неповрежденная веревка будет прочнее. Крепление из овчины прочнее поврежденной веревки; но сама овчина ухудшает несущую способность веревки (см. ответы выше), поэтому веревка с неповрежденной/без овчины является самой прочной.

Приведенные выше ответы уже очень полны, учитывая силу. Однако есть еще один момент, который я хотел бы добавить.

Если на веревке есть узел, который намокнет, он останется мокрым дольше, чем остальная часть веревки. Это позволит плесени легче расти в узле, где у нее есть влажное (и, вероятно, теплое) место, где она может оставаться и расти. Конечно, само собой разумеется, что плесень ослабит вашу веревку. Дополнительное замечание: вам не нужны узлы, чтобы вырастить плесень; со временем даже прямая веревка, вероятно, начнет обрастать плесенью.

Еще один момент, который я хотел бы отметить, заключается в том, что для упомянутого вами приложения это, вероятно, не будет иметь значения, поскольку вес вашей одежды не так уж велик по сравнению с прочностью веревки на разрыв. Конечно, если вы действительно создаете большую нагрузку на свою систему, это может стать актуальным.

Наконец, веревка, вероятно, будет постоянно висеть снаружи, подвергая ее воздействию УФ-излучения и, следовательно, повреждению вашей веревки УФ-излучением.

Вывод: если вы хотите завязать узлы на своей веревке, вы можете сделать это для обычной бельевой веревки. Вашими самыми большими врагами, вероятно, по-прежнему будут влага и УФ-повреждения, из-за которых веревка со временем распадется. Система с узлами, вероятно, прослужит не так долго, как система без узлов. Но из практического опыта знаю, что разница в сроке службы будет небольшой.

https://en.wikipedia.org/wiki/Узел#Сила

Прочность узла довольно широко изучается с рыболовными узлами в поисках «святого Грааля» узлов, узла на 100% прочности, который не является слабым звеном в вашей леске. С моноволоконной леской есть ряд проблем, из-за которых узел слабее лески. «Ожог» происходит при затягивании узла, когда трение заставляет моно нагреваться и даже плавиться и восстанавливаться. При более толстой скрученной веревке это может быть меньше, но все же реально.

Неравномерное натяжение в узле приведет к деформации и неравномерному распределению нагрузки, что приведет к неравномерному износу лески или веревки.

Большинство узлов имеют некоторый уровень проскальзывания при приложении нагрузки. Проскальзывание приведет к тому, что веревка или леска будут тереться под нагрузкой и медленно резаться, ослабляя леску.

В рыболовных узлах общая цель создания более прочного узла состоит в том, чтобы смазывать леску при затягивании узла, чтобы свести к минимуму трение / тепло, и завязать узел, который фиксируется на месте, чтобы минимизировать движение. При этом обнаружено, что каждое пересечение, то есть леска над леской, снижает прочность лески примерно на 10%, поэтому с леской 90% прочности лески с узлами по сравнению с леской без узлов - это лучшее, что можно сделать. .

Некоторые из них различаются по диаметру, при этом разные конфигурации подходят для разных узлов из-за проскальзывания лески, поэтому относительно прочные рыболовные узлы могут быть не лучшим выбором для плетеных лесок. Тем не менее, остается общий принцип: леска с узлами будет слабее, чем без узлов. Исключением может быть формирование составной веревки путем параллельного связывания более одной веревки, которая может быть прочнее, чем одна веревка, но более устойчива, чем несколько веревок, просто соединенных вместе.

Кривизна каната приводит к уменьшению прочности каната на растяжение. Наиболее прочной является конфигурация, при которой распределение напряжений по поперечному сечению каната близко к равномерному, т. е. когда канат прямой.

Когда на веревке есть узел, она может казаться более стабильной просто потому, что вся веревка толще. Однако веревка обычно рвется не в узле, а на конце одного из них, где есть искривление.

Если вы ищете данные по этой теме, есть два основных приложения: промышленные канаты и стальная проволока и слэклайн . Поскольку первые узлы не очень распространены (попробуйте завязать их на стальной веревке...), я кратко расскажу о последних как о применении концепции.

Одно место, где нужно завязать узел, — это концы слэклайна. На самом деле существуют специальные устройства, называемые слэклайн-веблоками , которые пытаются добиться этого с минимальной кривизной (см. рисунок).

Если вы ищете актуальные данные по этому вопросу, лучшим местом для поиска может быть блог Slackscience от Balance Community . У них есть тесты различных блоков и то, как они исследуют, как их структура влияет на прочность на растяжение.

Все ответы до сих пор говорили о прочности, но ОП спрашивал о долговечности. Если бы одежда была закреплена только на узлах, то она была бы более прочной, чем веревка без узлов, поскольку износ был бы сконцентрирован на участке с несколькими слоями веревки. Нагрузка на каждую часть узла меньше, чем на незавязанный участок, поэтому любое изнашивание узла не повлияет на прочность с течением времени так сильно, как если бы веревка без узлов была изношена.

Предельная прочность на разрыв ослабляется узлами, как уже неоднократно отмечалось. http://www.paci.com.au/downloads_public/knots/03_Cordage_Institute_Tests.pdf

Узлы являются слабыми местами в отношении прочности на растяжение просто потому, что они создают дополнительное и ненужное напряжение на изгиб и скручивание прядей сверх их нормальной эксплуатационной нагрузки.
Геометрия и механика узлов создает острые изгибы вокруг небольших радиусов кривизны, что способствует обрыву и обрыву прядей и изнашиванию материала.

Когда вы нагружаете веревку натяжением, она реагирует растяжением, а когда вы снимаете нагрузку, она сжимается до своего первоначального размера, как пружина. Однако в пределах области узла он не будет растягиваться, поэтому создается концентрация напряжений в точках каната непосредственно перед и после узла, что вскоре способствует возникновению усталостных трещин.

Не только узлы являются слабыми местами, но даже после их развязывания, если они уже образовали перегибы в веревке, это является слабым местом. Ведь мы все интуитивно проверяем любую веревку на то, что она прямая и не перекручена, прежде чем использовать ее!

Я предполагаю, что ваш вопрос касается силы, которую вы можете приложить к концам веревки, не порвав ее , и того, как эта сила зависит от того, прямая веревка или завязана узлами.

В то время как некоторые из других ответов касаются деталей веревки (например, как она состоит из волокон и как узлы подразумевают кривизну, напряжения изгиба и т. д.), позвольте мне предложить более фундаментальный подход, основанный на симметрии , чтобы объяснить, почему веревка веревка с узлами не выдержит большего натяжения, чем прямая веревка .

Предположим, что незавязанная веревка идеальна в том смысле, что она обладает одними и теми же свойствами всюду вдоль своей дуги. Это придает веревке определенную симметрию, поскольку не имеет значения, какую точку на ее дуге мы обсуждаем; каждый из них одинаков.

Теперь давайте создадим узел в любом месте на веревке или более одного, если хотите. Это нарушает симметрию, так как теперь на веревке явно есть точки (узлы и, возможно, их окружение), которые отличаются от прямых сегментов веревки. Чего мы, однако, не допустим, так это «бесконечного множества» узлов, так что каждый сегмент веревки теперь «завязан». (Что именно означает «завязанный», нас не касается.)

Тогда возможны три исхода:

• Для каждого сегмента завязанной веревки « сила » (т. е. натяжение, которое он может выдержать) остается неизменной . Тогда прочность веревки остается прежней.
• Для каждого сегмента веревки с узлами прочность уменьшается по сравнению с веревкой без узлов. Понятно, что сил стало меньше.
• Есть отрезки каната с неизменной прочностью, а некоторые с измененной прочностью .

Для анализа последнего случая введем интуитивное допущение о физике: когда веревка находится под натяжением, она порвется в самом слабом месте .

Таким образом, если узлы вводят в веревку сегменты меньшей прочности, самый слабый из этих сегментов порвется раньше, чем сегменты, имеющие первоначальную прочность. Таким образом, веревка в целом слабее.

С другой стороны, если узлы делают только сегменты веревки прочнее, то веревка порвется на любом из незавязанных сегментов , придав веревке с узлами ту же прочность, что и веревке без узлов.

Очевидно, что если у вас есть длинная веревка, вы можете сделать ее прочнее, сложив ее пополам и, возможно, каким-то образом скрутив две нити. Однако это будет считаться «бесконечным количеством узлов», что мы исключили выше.