談 強 李 榮

攀巖保護技術的力學分析及教學建議

談 強1李 榮2

（1.蘇州大學體育學院，江蘇 蘇州 215008；2.蘇州大學東吳學院，江蘇 蘇州 215008）

文章對攀巖保護系統(tǒng)的各組成部分進行力學分析，辨明構成有效保護力各因素之間的相互關系，為攀巖保護實操教學提供理論依據(jù)，結合攀巖教學實踐中常見的安全問題提供教學建議，以增強攀巖保護教學的合理性和有效性。

攀巖；保護；力學分析；教學建議

1 攀巖的保護方式

圖1 上方保護示意圖

圖2 形成上方保護（下降）示意圖

圖3 下方保護示意圖

圖4 形成下方保護（下降）示意圖

攀巖的保護一般分為利用保護裝置的（速度賽常用的）上方保護（也稱作頂繩保護）、（難度賽常用的）下方保護（也稱為先鋒保護）、他人保護和自我保護（抱石賽常用的）四種［4］。在上方保護和下方保護的整個過程中，形成有效保護時有三種受力情況，分別是靜止懸掛、勻速下降、沖墜制動。

本文主要對上方和下方保護（見圖1、2、3、4）進行力學分析和教學建議。

2 攀巖保護技術的力學分析及教學建議

2.1 有效保護力的本質

在整個保護系統(tǒng)中構成有效保護的力，從本質上講，就是能使攀爬者不墜落或減小墜落速度的向上拉力，以對抗使攀爬者體重（重力）和加速墜落的沖墜力（見圖5）。重力是地球對人的引力，在向上攀爬時是運動阻力，在攀爬者從巖壁上脫落時，重力使人向下墜落，形成向下的加速度，如果沒有保護，結果將是攀爬者加速下墜最后沖擊地面，造成傷害。所以保護的根本目的就是，保護者通過保護系統(tǒng)的操作，產生向上拉力，以對抗脫落后攀爬者所受的重力，阻止攀爬者快速沖擊地面或避免急速制動，從而保證攀爬者的安全［5］。

2.2 巖壁懸掛部分的力學分析及相應教學建議

2.2.1重力（G）

重力（G）是攀爬者在運動中需要克服的最大阻力，也是造成攀巖運動損傷事故的主要因素。但對抗和克服重力就恰恰是攀巖運動的魅力所在，因此可以說重力造就了攀巖運動，也威脅著攀巖運動；而且由于重力的存在，才能保證保護系統(tǒng)中其他保護力的產生，換言之，保護系統(tǒng)是人們巧妙利用重力來對抗重力的杰構。當G和F1成為一對平衡力時，攀爬者處于靜止懸掛或勻速下降狀態(tài)（見圖6），所以在保護教學中一般要求保護員體重大于等于攀爬者體重，在保護員體重明顯小于攀爬者時需要與固定物連接或有第二人進行副保護，利用固定連接產生的拉力或第二人體重共同對抗重力。

2.2.2支持力（N）和向下拉力（F2）

當攀爬者脫落主繩受力拉緊時，主繩由于兩端受力，因此對鎖扣（或快掛）產生了壓力，同時鎖扣（或快掛）也對主繩產生了反作用力——支持力（N）。支持力的方向基本向上，略偏向于巖壁（見圖7），攀登者體重越大，沖墜制動加速度越大，主繩折返夾角越小，則主繩所承受的拉力越大，鎖扣對繩的支持力（N）越大。

向下拉力（F2）是保護者施于主繩的拉力，其方向指向保護者（見圖7）。在保護的不同階段，保護者通過拉緊或放松主繩，或者改變自身與鎖扣（或快掛）投影點的距離（改變主繩折返夾角）來控制其大小和方向。

被告方律師看了看雜志社代表和作者，大家都搖了搖頭。作者首先站了起來，其他被告和律師也站起來。作者流下了淚水，以痛悔的眼光看著竹韻：“對不起，竹韻女士，請接受我真慶的道歉和敬意。我愿意接受法律的任何處罰……”

在進行保護教學時，教師需要時刻提醒和關注保護者在五步收繩或給繩的動作中始終保持至少有一只手握緊制動端主繩，且保證主繩長度有足夠富余。在學習保護的初期，必須增加副保護以免因慌亂制動端主繩脫手。保護員所處位置保持在保護點、攀爬者投影點連線正后方適當距離［6］，使主繩在保護點的折返角保持在30°左右，保證攀爬者脫落或下降時不落在保護員身上，也不能因為站位太過靠后而使F水增大把保護員拉向攀爬者下方。

2.2.3摩擦力（f）

護系統(tǒng)中，主要有兩處產生摩擦力。一處在上方保護點主繩和鎖扣的接觸面之間，其大小為接觸面所受正壓力和兩者之間的摩擦系數(shù)的乘積，方向與主繩運動方向相反（見圖8）；另一處在主繩和保護器的接觸面之間，其大小計算方法和力的方向與第一處相同。在摩擦系數(shù)不變時，正壓力的大小是決定摩擦力大小的唯一變量，而正壓力的大小又取決于主繩拉力（F2）大小和主繩的折返夾角或接觸的主繩曲率，所以主繩拉力越大，主繩折返夾角越小，主繩在保護器上的曲率越大，產生的摩擦力就越大。

在攀爬者和保護者體重相當或保護者體重略低于攀爬者時，保護者可以通過適當靠近攀爬者投影點的方法（減小保護點主繩折返角）增大主繩與保護點的摩擦力，對抗攀爬者的體重和沖墜（見圖9）。主繩在長時間使用后與鎖扣的摩擦力會下降，一般起毛后要及時更新；主繩在濕度較高的情況下與鎖扣摩擦力大幅增加，容易引起急速制動造成沖墜傷害，惡劣環(huán)境開展攀巖教學需謹慎檢查保護裝備。

2.2.4彈力（T）

由于主繩是動力繩，具有一定的彈力（T），在靜止懸掛和勻速下降時，主繩根據(jù)所受拉力被動拉伸，并保持在一定長度，其大小為拉伸長度與彈性系數(shù)的乘積，方向是沿主繩受力兩端向中心（見圖10）。由于主繩的彈性系數(shù)是一個可變量，在一定的拉伸長度范圍內，被拉伸長度越大，其彈性系數(shù)越大，產生的拉力也越大［7］。所以在發(fā)生沖墜（沿主繩方向拉力忽然增大）時，主繩被拉長并同時產生彈力，與向上拉力和摩擦力同時作用于攀爬者以減小其向下加速度，當沖墜速度為零（最低點）時，主繩由于在拉伸過程中貯存了收縮勢能，會形成向上的反彈以釋放收縮勢能，并經數(shù)次反復后恢復到靜止懸掛時的長度。

主繩的彈性在快速沖墜減速過程中，使攀爬者受力制動時間增加，瞬間所受沖力變小，減小了攀爬者沖墜制動受傷的可能性。在攀爬者主動脫離巖壁時應該適當收緊主繩，減小其沖墜距離再勻速放繩下降。當沖墜距離較大時應適度拉緊主繩并逐漸放繩（或靠近攀爬者投影點），增大其下墜制動距離和時間，防止瞬間制動受傷。

2.2.5向上拉力（F1）

向上拉力F1是一個F（支持力N、向下拉力F2、摩擦力f和彈力T的合力）的分力（見圖11），其方向垂直向上，對抗重力。當攀爬者脫落后，如果F1與G大小相等，則攀爬者靜止懸掛或勻速下降（常見于頂繩保護）；如果脫落后向下加速下墜（常見于先鋒保護），則F1小于G；但隨著主繩被動拉長， N、F2、f和T逐漸增大，F(xiàn)隨之增大， F1也逐漸增大，并逐漸超過G的大小，形成向上的加速度（制動），最終完成制動。

2.3 地面牽引部分的力學分析及相應教學建議

從圖12、13、14可知，主繩通過下降器與保護者進行連接，保護者通過收緊主繩利用體重G1對主繩產生拉力（F2）。地面牽引部分產生的向后下拉力F3（和F′2構成一對平衡力，F(xiàn)′2大小和F2大小相等方向相反），身體對主繩的拉力（F3）大小，與保護者的體重G1的大小以及前腳（A點）站立的形態(tài)和位置有關。當保護者位置不變時，要使身體對主繩的拉力F3能與F′2構成平衡力，而且要使保護者位置相對固定，則G1越大、B點（重心投影點）與前腳A的距離越遠，保護效果越好。其次，當保護者越靠近上方保護點投影點，則F3與重垂線的夾角越小，G1轉化為F3的比例越大，更不易形成圍繞前腳A的向前移動和翻轉（F轉）。

在保護教學過程中要注意以下幾點：第一，保護者應站于攀爬者和保護點投影點連線的延長線后方，密切觀察攀爬者線路的變化隨時調整保護位置；第二，側對攀爬者兩腳左右開立，前腳頂?shù)睾笸任⑶匦南陆岛笠疲苑辣焕蚕驇r壁或與下墜的攀爬者相撞；第三，制動端是保護者利用自身體重形成有效保護力的關鍵抓手，保證制動端絕對掌控的同時根據(jù)情況握緊主繩或松手減小和主繩的摩擦力對保護的效果至關重要。

3 教學建議小結

3.1 體重

攀爬者的體重G越大，向上拉力F1也要隨之增大，所以保護者的體重也要隨之增大才能滿足保護的要求。因此，在選擇保護者時，盡量選擇比攀爬者體重更大或體重相當?shù)娜诉M行保護更為安全。如果保護者的體重不夠大，要注意保護者的固定，可以用扁帶連接保護者和地面固定附著物，確保雙方的安全。

3.2 站位

攀爬者、保護者和保護點三者位于同一垂直平面內，可以避免主繩在受力時產生水平的擺蕩，減少攀爬者撞擊巖壁受傷的幾率，所以保護者要根據(jù)攀爬者的攀登路線不斷調整自己的位置，使三者的受力保持在同一垂直平面之內。第二，保護者要始終保持前后腳的開度，并保持重心降低靠后，防止在突然受力時形成圍繞前腳的向前翻轉，失去對攀爬者下落速度和幅度的控制。第三，當攀爬者體重明顯大于保護者時，靠近保護點垂線落點可以減小主繩在保護點的折返角，從而使支持力N和向下拉力F2的垂直分力增大，并同時增大主繩和保護點的摩擦力f，形成更大的向上拉力F1來對抗G，完成有效保護。

3.3 收、放繩

在五步保護法中，第一步是收回或放出主繩，這時保護者和主繩的聯(lián)系最不緊密，所以第二步鎖緊主繩的動作跟進要迅速。這就要求保護者盡可能地縮短收繩和放繩的時間，因此保護者的保護手法要熟練而果斷，能保持一貫的警覺和責任感，對攀爬者的動作和意圖要有良好的預判能力，隨時進行必要溝通，應對攀爬者可能的墜落。

3.4 沖墜和下降

在發(fā)生沖墜時，特別是較長距離的沖墜，要避免突然地制動造成對攀爬者的傷害，所以保護者要學會逐步增加拉力，延長制動時間的方法。當攀爬者下落時，被動地靠近保護點垂線落點，保持手與主繩的適當摩擦并逐漸放出主繩，可以加大緩沖的時間和距離，充分發(fā)揮主繩的彈力，使制動的過程更為柔和和安全。下降時保護者要戴手套操作防止因摩擦擦傷和燙傷，保持握繩適宜松緊度盡量使下降速度保持勻速可控，不可隨意松、緊主繩戲弄下降者。

3.5 其他

攀巖保護技術嚴格遵循基本的力學原理，攀巖安全嚴重依賴于經專業(yè)認證的保護裝備［8］［9］和攀、保雙方對裝備的正確合理使用與維護。教學前要對場地和裝備認真檢查，以防老化、損壞裝備影響力學性能；向學生闡明保護動作的力學原理，使其“知其所以然”以增強其對保護技術的認識和掌握；保持高度的責任心，時刻警惕和糾正違規(guī)操作，秉承“安全第一”的教學理念［10］，堅持從 “徒手模仿----平地（低空）模擬----雙人保護----單人保護”逐漸過渡的教學步驟，讓攀巖保護真正成為攀巖技術精進的有力保障。

[1] 藍婷婷,董翔宇.人工巖壁攀巖運動的安全問題分析與探究[J].文體用品與科技,2020(3):247-248.

[2]吳志剛.攀巖[M].第一版.廣東:廣東旅游出版社,2004.

[3]黃琦.攀巖教學中克服學生恐懼心理的策略研究[J].體育科技文獻通報,2019,27(9):145-147.

[4]劉一荻.攀巖運動安全保護技術的研究[J].中國多媒體與網絡教學學報(電子版),2017(4):273.

[5]梁昆淼.力學[M].第4版.北京:高等教育出版社,1995.

[6]高等學校新世紀體育教材編寫委員會.攀巖[M].北京:高等教育出版社，2006，5（1）:28-36.

[7]楊毅.揭秘攀巖運動中蘊含的物理學知識[J].中學物理教學參考,2018,47(10):82-83.

[8]王立群.高校攀巖運動課程的安全問題研究[J].冰雪體育創(chuàng)新研究,2021(15):69-70.

[9]胡月.高校開展攀巖課程安全保障模式研究：基于天津體育學院攀巖課程開展經驗探析.

[10]劉明,吳葉海,潘雯雯.高校攀巖運動安全保障機制的研究[J].文體用品與科技,2020(5):245-246.

Mechanical Analysis and Teaching Suggestions of Rock Climbing Protection Techniques

TAN Qiang , etal.

(Soochow University, Suzhou 215008, Jiangsu, China)

談強（1973—），碩士，講師，研究方向：體育教學與訓練。

李榮（1973—），本科，講師，研究方向：體育教學與訓練。