陳濤 羅聲

摘要：對(duì)攀爬15米金屬拉梯操作規(guī)程進(jìn)行介紹，并從物理和數(shù)學(xué)視角，對(duì)提高15米金屬拉梯攀登操訓(xùn)練成效進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：15米金屬拉梯操;操作規(guī)程;架梯角度;摩擦力

攀登15米金屬拉梯操是夏訓(xùn)操法中為數(shù)不多的登高類操法，五名指戰(zhàn)員需要在規(guī)定的時(shí)間類將拉梯架設(shè)好并由一名指戰(zhàn)員沿拉梯逐級(jí)攀登至4樓平臺(tái)后喊“好”后計(jì)時(shí)結(jié)束。

為了提高成績，我們一般在裝備和人員配備上下功夫，如使用更輕的拉梯、選擇大塊頭的消防員拉繩、選擇身手敏捷的消防員爬梯，再通過日復(fù)一日的訓(xùn)練，不斷提高班組人員的默契程度，最終讓成績一點(diǎn)一點(diǎn)提高。那么在賽場上，如若是相同的裝備、相近的實(shí)力，如何讓我們更有優(yōu)勢(shì)呢？除了臨場發(fā)揮、隊(duì)員狀態(tài)等這些主觀因素，是否還有其他可以客觀因素？今天筆者從數(shù)學(xué)和物理兩個(gè)視角就此問題進(jìn)行分析。

一、攀爬15米金屬拉梯操作規(guī)程介紹

在分析問題之前，我們先回顧一下操作規(guī)程：

（一）場地設(shè)置

在訓(xùn)練塔前15米處設(shè)置起點(diǎn)線，在距起點(diǎn)線10米至14米之間設(shè)置架梯區(qū)。在起點(diǎn)線處放置15米金屬拉梯1把，梯腳朝前并與起點(diǎn)線相齊。

（二）器材和著裝要求

1.個(gè)人防護(hù)裝備（10件套）：滅火防護(hù)服、消防頭盔、滅火防護(hù)靴、消防安全腰帶、安全繩、腰斧、呼救器（與方位燈合一）、阻燃頭套、防爆照明燈和消防手套。

2.參訓(xùn)人員著個(gè)人防護(hù)裝備10件套。

（三）操作過程

參訓(xùn)人員在起點(diǎn)線后立正站好，當(dāng)聽到“預(yù)備”的口令后，參訓(xùn)人員做好準(zhǔn)備。

聽到“開始”的口令后，參訓(xùn)人員攜拉梯跑向訓(xùn)練塔，進(jìn)入架梯區(qū)域后，1、2號(hào)員將梯腳放在架梯區(qū)、分別向后拉兩側(cè)撐腳，固定撐腳;3號(hào)員雙手扶梯，用腳抵住梯腳，4、5號(hào)員同時(shí)向上推梯將拉梯豎直;待拉梯架穩(wěn)后，4、5號(hào)員交替拉繩將拉梯升至第4層窗臺(tái)鎖梯;調(diào)整支撐腳，將拉梯靠在第4層窗臺(tái)，保護(hù)人員（不作為參訓(xùn)人員）將安全鉤掛在4號(hào)員的安全腰帶上進(jìn)行繩索保護(hù)，4號(hào)員逐級(jí)攀登進(jìn)入第4層窗口，雙腳著地后面向外舉手喊“好”。

（四）操作要求

1.嚴(yán)格按照操作程序逐一實(shí)施。

2.梯子未架穩(wěn)前不得升梯、梯子未鎖死前不得爬梯。

3.支撐腳要相互對(duì)稱，防止梯子傾斜。

4.拉梯上端必須超過窗臺(tái)2個(gè)梯蹬。

（五）成績?cè)u(píng)定

計(jì)時(shí)從發(fā)出“開始”，到4號(hào)員雙腳著地喊“好”為止。

二、架梯角度對(duì)于時(shí)間的影響

從規(guī)程中我們知道完成此操法有2個(gè)硬性要求，一方面是拉梯必須要超過4樓窗臺(tái)（約10米）2個(gè)梯蹬;另一方面則是指戰(zhàn)員要沿著拉梯逐級(jí)攀登躍進(jìn)4樓平臺(tái)，下面我們用數(shù)學(xué)的視野來探究架梯角度對(duì)于以上2個(gè)方面的影響：

拉梯架設(shè)完成后的狀態(tài)可簡化為圖1所示，訓(xùn)練塔（AO）、拉梯（AC）和水平面（OC）會(huì)構(gòu)成一個(gè)直角三角形，拉梯和水平面構(gòu)成的內(nèi)角∠ACO，我們稱之為α，我們發(fā)現(xiàn)在訓(xùn)練塔高度（AC）不變的情況下，α角度直接影響著拉梯需要展開的長度：

（一）當(dāng)α為45°時(shí)，以訓(xùn)練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時(shí)梯腳距離訓(xùn)練塔OD距離為：10m

（二）我們移動(dòng)梯腳至D點(diǎn)，形成夾角β，即∠ADO：

當(dāng)β為60°時(shí);以訓(xùn)練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時(shí)梯腳距離訓(xùn)練塔OD距離為：5.77m

（三）我們移動(dòng)梯腳至E點(diǎn)，形成夾角θ，即∠AEO：

當(dāng)θ為75°時(shí);以訓(xùn)練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時(shí)梯腳距離訓(xùn)練塔OE距離為：2.58m

根據(jù)規(guī)程要求，距離起點(diǎn)線14m至10m處為架梯區(qū)，也就是

1m

即：2<（tanα=OA/OC）<10;

即：63.43°<α<84.28°

即在實(shí)際架梯中我們拉梯和水平面的角度處在63.43°和84.28°之間，拉梯伸展距離差距可以達(dá)到1.1m左右，合計(jì)約3～4個(gè)梯蹬，我們爬梯人員在中后段攀爬時(shí)往往會(huì)因體力消耗導(dǎo)致速度減緩，完成這最后的3～4個(gè)梯蹬用時(shí)將會(huì)超過1秒。

這多出的1.1m不僅后期影響爬梯時(shí)間，在前期也會(huì)影響拉梯時(shí)間，1.1相當(dāng)于往復(fù)1次拉繩的距離，而拉繩1次需要耗時(shí)1s左右，這也是比賽中部分隊(duì)伍需要往復(fù)跳拉繩5次，有些只需要4次的原因之一。還有需要改進(jìn)的是，在比賽中，若梯腳不平衡時(shí)，我們扶梯的人員常采取將梯腳向外移動(dòng)，以調(diào)整梯角平衡，間接增加了拉梯的距離。

三、摩擦力對(duì)于時(shí)間的影響

討論摩擦力之前，我們要明確幾個(gè)事項(xiàng)：我們配備的15米金屬拉梯的質(zhì)量（85kg），為了便于計(jì)算，假設(shè)第二節(jié)、第三節(jié)梯均為25kg，即拉梯時(shí)，實(shí)際上就是提拉50kg的重物，拉梯消防員自重為70kg，全套戰(zhàn)斗服大約10kg。消防員在拉梯時(shí)，往往是通過跳躍騰空利用自重拉動(dòng)拉梯，消防員向下行進(jìn)的速度即為拉梯的提升速度，消防員向下行進(jìn)的距離即為拉梯的伸展距離，理想狀態(tài)下，消防員向下運(yùn)動(dòng)的加速度a由物理學(xué)公式可求：

此時(shí)加速度a為3.75m/s，假設(shè)1名戰(zhàn)斗員跳拉距離為1.5米，則往復(fù)一次消耗時(shí)間為：

即理想狀態(tài)下往復(fù)拉繩一次耗時(shí)0.894s。

實(shí)際中，拉梯上的定滑輪改變力的方向同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生摩擦力造成能量損耗，我們稱之為滑輪效率，以普通滑輪的效率85%為例，我們?cè)龠M(jìn)行計(jì)算，消防員向下運(yùn)動(dòng)的加速度a，此時(shí)：

此時(shí)加速度a=2m/s，假設(shè)1名戰(zhàn)斗員跳拉距離依然為1.5米，則往復(fù)一次消耗時(shí)間為：

通過對(duì)比滑輪的效率導(dǎo)致跳拉一次用時(shí)比理想狀態(tài)下慢了0.3秒左右，按最低4次跳拉計(jì)算，時(shí)間上會(huì)滯后1.2s左右。當(dāng)然任何滑輪都會(huì)有摩擦，我們無法改變，但是我們可以改變的是更換一個(gè)效率更高的滑輪（高達(dá)95%）或者使用體重更重的指戰(zhàn)員去拉，不過此時(shí)滑輪效率占據(jù)著主要因素。

當(dāng)然在此操法中并不是所有的摩擦都是那么令人討厭，都是必須要減少的，為了確保拉梯的順暢，我們必須讓手套和拉繩之間有足夠大的摩擦力，以盡可能地減少滑動(dòng)帶來的損失，這個(gè)時(shí)候我們別無他法，只能讓二者的表面都盡可能粗糙，以保證接觸后不發(fā)生滑動(dòng)。

四、結(jié)語

綜上，我們從理論上可以得出提高攀登15米金屬拉梯操法成績的另外三種途徑：

一是盡量增大拉梯和水平面的夾角;

二是盡可能提高15米金屬拉梯上的滑輪效率;

三是增大拉梯拉繩的粗糙度。

若我們?cè)诖瞬俜ǖ挠?xùn)練中，成績止步不前時(shí)，從角度、滑輪、摩擦等方面進(jìn)行探索也是可行的方法。