Un poco de física y escalada

Cuando estudiaste física en el colegio, probablemente te habrás preguntado si llegaría el día en el que tendrías oportunidad de poner en práctica esos conocimientos. Si eres escalador, la física puede ayudarte a comprender como actúan los materiales en el momento más crítico y peligroso de la escalada: la caída. También puedes darte respuesta a muchas preguntas que seguro más de uno ha explicado valiéndose de fórmulas y herramientas matemáticas abstractas. Una vez que entendamos algunos de estos conceptos a través de la física, tendremos mejores conocimientos sobre la seguridad y prevención durante las escaladas. Si un escalador que va abriendo la vía cae, la caída genera una acumulación de energía y para detener la caída, esta energía tiene que ser absorbida. Llamaremos cadena dinámica de seguridad al conjunto de todos los elementos que intervienen en la absorción de esta energía y por tanto en la detención de la caída. De estos elementos, el más importante es la cuerda, aunque intervienen de igual manera las cintas express, los mosquetones, el asegurador, las protecciones, etc. Cuando un escalador cae, la energía debe ser absorbida por la cadena dinámica de seguridad (el asegurador, cintas express, etc.) y en particular, por la cuerda. Denominamos fuerza de choque a la fuerza máxima que se transmite al escalador durante una caída, esta fuerza máxima coincide con el punto más bajo de la caída y de máximo estiramiento de la cuerda. Desde el punto de vista físico, la cuerda es un material elástico que ejerce sobre el escalador una fuerza que depende directamente del estiramiento de la misma, e inversamente de su elasticidad (ley de Hooke - F=-kx). Por lo tanto, mientras más se estire la cuerda y cuanto menos elástica sea, más fuerza soportará el escalador en la caída. El estiramiento de la cuerda durante la caída Comencemos hablando un poco de la ley de conservación de la energía. Esta ley postula que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Esto quiere decir que la suma total de energías involucradas es un valor constante. En el caso de una escalada, esta ley nos hace saber que la energía del sistema escalador-cuerda justo antes de una caída tiene que ser igual que la energía después de haber caído. Aquí entran en juego principalmente dos tipos de energía, por un lado tenemos la energía potencial gravitatoria del escalador y por otro la energía potencial elástica de la cuerda. La energía potencial gravitatoria de un objeto cualquiera esta relacionada con la atracción de la tierra, y es lo que hace que el objeto caiga. Cuanto más alto está un objeto mayor es su energía potencial gravitatoria, por eso al caer llega con más velocidad al suelo. Cuando un escalador cae, pasa de estar en un punto alto a estar en un punto más bajo, y por tanto su energía potencial gravitatoria disminuye. Pero como la energía se tiene que conservar, la energía potencial gravitatoria del escalador tiene que haber ido a alguna parte, se ha transformado en energía potencial elástica almacenada en la cuerda. La energía potencial elástica depende, igual que la fuerza elástica, del estiramiento de la cuerda: cuanto más se estira la cuerda mayor es la energía potencial elástica almacenada en la misma. La energía potencial gravitatoria que tenía el escalador antes de caer, se transforma en energía potencial elástica de la cuerda. Cuanto más larga es la caída mayor es la energía potencial gravitatoria que pierde el escalador, y por tanto la cuerda deberá estirar más para absorber toda esa energía. Todo esto lleva a que un mayor estiramiento de la cuerda produce una mayor fuerza de choque, de modo que, a primera vista y sin tener en cuenta la elasticidad de la cuerda, parece que una caída mayor (de más metros) producirá siempre una mayor fuerza de choque. La elasticidad de la cuerda Sin entrar en definiciones engorrosas, la elasticidad de una cuerda es lo que ésta se estira cuando se le aplica una fuerza. Mayor elasticidad implica mayor estiramiento bajo la aplicación de la misma fuerza. Las variables que influyen en la elasticidad de una cuerda de escalada son tres. La primera y más evidente es el material del que está hecha la cuerda. Así, no será igual de elástica una cuerda de cáñamo como las usadas en los comienzos del alpinismo que una de las actuales cuerdas dinámicas de poliamida. La segunda variable que determina la elasticidad de la cuerda es su diámetro. Cuerdas de menor diámetro son más elásticas, es decir se estiran más cuando soportan el mismo peso, que cuerdas de diámetro mayor. Y finalmente, la última variable implicada, y la que nos interesa para entender el factor de caída, es la longitud de la cuerda. Cuando las dos primeras variables no cambian, como suele ser cierto para casi todas las cuerdas de escalada, mayor longitud de cuerda implica mayor elasticidad. Un ejemplo: todos hemos comprobado en alguna ocasión que si nos colgamos de una cuerda que está totalmente desplegada el estiramiento de la misma es mayor (más elasticidad) que si sólo usamos una parte de la cuerda. Las cuerdas elásticas (dinámicas) Llegados a este punto estamos en condiciones de entender por qué nos conviene escalar con una cuerda elástica. La fuerza que soportamos en una caída es la fuerza elástica que ejerce la cuerda sobre nuestro cuerpo. Esta fuerza depende directamente de lo que se estira la cuerda e inversamente de la elasticidad de ésta (ley de Hooke). El estiramiento de la cuerda en la caída depende de la cantidad de energía potencial gravitatoria que perdemos, que depende a su vez de la altura de la caída. Esta energía potencial gravitatoria se transforma en energía potencial elástica a medida que la cuerda se estira. Sin embargo, a diferencia de la fuerza elástica, la energía potencial elástica no depende directamente del estiramiento de la cuerda, sino de su cuadrado (U=1/2Kx²). Esta diferencia hace que compense escalar con cuerdas elásticas. Todas las cuerdas de montaña se caracterizan por su fuerza de choque máxima, medida en laboratorio en condiciones extremas que es difícil que se den en una escalada. El valor de la fuerza de choque máxima de la cuerda está especificado en los manuales de las mismas. En escalada, caída tras caída, la capacidad elástica de la cuerda disminuye y con ello la fuerza de choque aumenta. Por ello, si estamos probando un paso en el cual nos caemos repetidamente es conveniente dejar que la cuerda se “recupere” bien descendiendo al suelo y cambiando de extremo. Sin duda nos ayudará utilizar una cuerda con una fuerza de choque baja, ya que se mantendrá mucho más tiempo por debajo del umbral aceptable que otras con una fuerza de choque alta. En terreno de aventura o en escalada en hielo, donde los puntos de anclaje tienen resistencias dudosas, la seguridad se incrementará notablemente con el uso de una cuerda con fuerza de choque baja, que recargará mucho menos el último punto de seguro. Para permitir a toda la longitud de la cuerda desarrollar su papel de absorbedor de energía, es necesario disminuir los rozamientos evitando los ángulos en los mosquetones y posibles roces con la roca. Factor de caída teórico y real El factor de caída determina la dureza o gravedad de una caída: cuanto mayor sea su valor, más dura será la caída. Su valor, varía entre 0 y 2 en condiciones de escalada. El factor de caída teórico Con todo lo expuesto anteriormente, cualquiera debería tener claro que, puestos a sufrir una caída, es mejor tenerla lo más arriba posible. ¿Alguien todavía no sabe por qué? La respuesta es sencilla. Cuanto más arriba estemos mayor cuerda habrá desplegada. Mayor longitud de cuerda implica mayor elasticidad y mayor elasticidad implica menor fuerza de choque. Así de simple. Ya tenemos todos los ingredientes para entender el factor de caída. En una caída influyen por un lado la altura de la caída, que determina (junto con el peso del escalador) la energía de la caída que debe absorber la cuerda, y por otro la longitud de la cuerda, que como ya sabemos determina su elasticidad. El cociente entre estas dos cantidades se denomina factor de caída, y es lo realmente importante a la hora de entender la gravedad de una caída. Para un escalador y una cuerda dados, la fuerza de choque viene determinada únicamente por el factor de caída. Es decir, da igual caer más metros siempre y cuando haya más cuerda para frenar nuestra caída. Si el factor de caída es el mismo la fuerza que soportamos es la misma. El factor de caída real Los rozamientos en los mosquetones o contra la roca limitan la propagación de la fuerza a lo largo de la cuerda. Así, sólo la longitud de cuerda entre el penúltimo y el último punto será plenamente solicitada, y cada sección entre mosquetones precedentes será cada vez menos. El resultado es que la capacidad de la cuerda no es completamente utilizada en toda su longitud, y por ello el factor de caída real es mucho más elevado que el factor de caída teórico. Lo que ocurre en el último punto, El efecto polea En caso de caída, el último punto mosquetoneado, sistema anclaje-mosquetón-cuerda, sufre a la vez la fuerza de choque transmitida al escalador y la fuerza que viene del asegurador. Estas dos fuerzas se suman. Es lo que se llama el efecto polea. La fuerza proveniente del asegurador es menor que la transmitida al escalador, a causa del rozamiento del mosquetón. Es por esto que la fuerza total ejercida en el último punto es aproximadamente 1,60 veces la fuerza que actúa sobre el escalador. Enlaces: Calculadora de factor de caída y fuerza de choque para escaladores. Autor: Daniel Macedo
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