クライミング落下の衝撃力
クライミングで落下したときの衝撃力を計算しようと思います
力の大きさはN（ニュートン）で示す
計算した後に、検証したいと思うので、どのような結果が出たら満足するのか先に決めておきたいと思います。
力の大きさは、N（ニュートン）で示しますが、このNはロードセルというセンサーを使い測定します。
ロードセルというのは、ただのセンサーのためセンサーから出てきた値を、Nに変換する機器が必要になります。
この機器をデータロガーと呼びます。
Nはキログラム×重力加速度で計算されますので、60㎏の人が地面に立っているときに足の裏には、60kg×9.82m/s^2＝589.2Nの力がかかっていることになります。
重力加速度9.82は計算しにくいので、今後は10で近似します。
力の大きさは測定機器はフォースゲージで測定する
先ほど、力の大きさは、ロードセルと、データロガーで測定するといいましたが、amazonで調べるとデータロガーがめちゃくちゃ高いです。
そのため、お手頃価格で購入できる フォースゲージ 容量3000Nにしてみました。
お手頃と言いつつ8万くらいしました・・・
フォースゲージ 容量3000N ではどのくらいの落下状況まで測定できるのか
そもそも購入する前に計算しろ！という話ですが、測定する前にどの程度の落下状況が確認できるのが計算しておきます。
ロードセルに負荷ががかかりすぎると故障の原因になりますので。
計算前提は以下の通り
- 体重は60㎏
- ロープで止まるまでにかかる時間は0.1秒
- 落下の衝撃力は3000N以下に抑えたい
60㎏の体重の人は、ただ突っ立てるだけで約600Nあります。
60㎏の体重の人が3000Nの力を発揮するためには、重力加速度の5倍の加速度がかかればよいことがわかります。（3000＝60*5（加速度））
例えば、自動車のイメージで加速度を求めると
5秒後に速度40㎞/ｈになるのに必要な加速度は、40㎞/（60×60×5）s＝2.2m/s^2 となります。
重力加速度は1秒後に秒速10mになっているということになります。
今回求めたいのは、重力加速度の5倍になるのにどの程度落ちればよいか？という問題に置き換えられます。
ここで注意するのは、ブレーキがかかってから止まるまで0.05秒というポイントです。
例では、加速していく最中のことでしたが、今回はロープが張られてから、止まるまでにかかる力がどの程度になるか？ということに注意する必要があります。
重力加速度の5倍を50m/s＾2とおいた場合の計算式は
速度X/0.1s［秒］＝50m/s^2
速度X＝5m/s
と求めることができます。
では5m/sになるためには何秒間落ちればよいかというと、
重力加速度が10m/s^2なので、0.5秒おちれば、5m/sに到達します。
速度5m/sに到達するために落ちる距離は、5m/s×0.5s＝2.5m
リードクライミングを想定すると、支点から1.25m上がったところから、ロープが張るまで落ちれば、3000Nになりまそうです。
3000Nと聞くととても大きな値に感じますが、落下距離で言えば大したことなさそうです。
次は実機で測定したいものです！