Нагрузка шнура при фидерном забросе

Игорь Плиев (aka Арчилыч)

Вот так вот бросишь, а потом переживаешь!

Нагрузка шнура при фидерном забросе

Если рассмотреть все этапы фидерного заброса, то наибольшее усилие, действующее на леску или шнур (далее шнур) возникает на этапе разгона кормушки перед моментом отпускания лески. Дальнейшее движение кормушки связано с трением шнура о буртик шпули, о кольца и о воздух, и усилие на шнуре в этот момент минимально, если только не происходит его захлест за кольцо фидера или он не попадает в какой-либо из зазоров между элементами катушки. Но это уже форс - мажор!

Попробуем выяснить, какого уровня нагрузки возникают в шнуре при забросе кормушки фидером. Желательно оценить их порядок и понять, насколько это опасно, насколько приближаются возникающие нагрузки к разрывным (разрыв шнура). Тот, кто торопится - отсылаю сразу к резюме!

Воспользуемся теми видеонаработками забросов, которые имеются, как на нашем сайте, так и выложены на YouTube. В качестве эксперта пригласим основателя сайта Дмитрия Салапина, который неоднократно демонстрировал нам те или иные способы заброса фидером. На рисунке 1 показан один из таких забросов в 3 фазе - через какие-то доли секунды леска, которую держал палец, будет отпущена, и кормушка отправится в полет.

Рисунок 1 - Заброс фидером (фаза 3), исполняет Д. Салапин

Рукоять фидера в момент отпускания лески занимает положение, близкое к вертикальному (плюс - минус 15 - 20 градусов).

Обозначения:

О - мгновенный центр вращения фидера перед броском (по моей оценке, он будет находиться где-то в районе правого плеча);

Н_о - высота расположения мгновенного центра вращения фидера относительно поверхности земли;

С - кончик вершинки фидера;

К - центр тяжести кормушки;

r_ф - мгновенный радиус вращения точки С;

r_к - мгновенный радиус вращения центра тяжести кормушки;

h_и - величина изгиба фидера;

h_к - свис кормушки;

α - угол наклона шнура на участке свиса относительно горизонтали;

β - угол наклона радиуса вращения кормушки относительно горизонтали.

Временно убираем Дмитрия из кадра и добавим к геометрическим размерам силы, действующие на фидер при забросе (смотри рисунок 2).

Рисунок 2 - Силы, действующие на фидер при забросе

Обратим внимание на некоторые детали. Направления линейных скоростей точки С и центра тяжести кормушки К при вращении вокруг центра О не совпадают из-за наличия свиса.

При забросе, за счет усилий, приложенных к рукояти фидера (правая рука в т. А, левая рука в т. В) создается крутящий (вращающий) момент М_ф, который будет разворачивать фидер с угловой скоростью ω_ф и разгонять кормушку; силы, действующие на кормушку, будут стараться фидер изогнуть на величину hи, причем, чем строй фидера мягче, тем на большую величину hи он изогнется, но при этом фидер будет пружинить и накопит потенциальную энергию, которую отдаст при забросе, поможет броску (по сути, изогнутый фидер напоминает катапульту, готовую выстрелить).

Таким образом, в забросе кормушки фидером участвует крутящий момент, прикладываемый к рукояти фидера (создаваемый руками фидермена) и потенциальная энергия, отдаваемая подпружиненным изогнутым фидером.

Из появившихся сил отметим силу Р_а, которая прикладывается к рукояти фидера правой рукой и которую можно разложить на две составляющие Р_ах и Р_ау, и силу Р_в, которая прикладывается к рукояти фидера левой рукой и которую можно разложить на две составляющие Р_вх и Р_ву. Эти силы и создают крутящий момент М_ф.

Сила тяжести фидера Р_ф = m_ф · g, где m_ф - масса фидера, кг; g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения.

Силы, действующие на кормушку, рассмотрим подробнее при анализе рисунка 3. Условно разорвав шнур свиса в районе кончика фидерной вершинки, до его перегиба, мы получаем равновесную систему на участке свиса КС, приложив к т. С усилие заброса F_з, которое будет направлено по линии свиса (ось х). Проекция всех сил на ось х равна нулю.

Обозначения:

F_з = F_м + F_и, где:

F_з - общее усилие заброса, приложенное к шнуру на участке свиса, Н;

F_м = М_ф/r_ф - составная часть усилия заброса от действия приложенного к рукояти фидера крутящего момента, Н;

М_ф - прилагаемый к рукояти фидера крутящий момент от рук фидермена, Нм;

r_ф - мгновенный радиус вращения точки С, м;

F_и = k_и · h_и - составная часть усилия заброса от пружинящего действия фидера при изгибе, Н;

k_и - жесткость фидера при изгибе, H/м;

h_и - величина изгиба фидера, м;

Р_к = m_к · g - сила тяжести кормушки, Н;

m_к - масса кормушки, кг;

g = 9,81 - ускорение свободного падения, м/с²;

Рисунок 3 - Силы, действующие на шнур при забросе

F_цб = m_к · V_к²/ r_к - центробежная сила, действующая на кормушку, Н;

V_к - линейная скорость кормушки в направлении, перпендикулярном радиусу ее вращения r_к, м/с;

r_к - мгновенный радиус вращения центра тяжести кормушки;

F_к = m_к · а_к - сила инерции, действующая на кормушку при наличии линейного ускорения а_к, Н;

а_к - линейное ускорение кормушки, м/с²;

F_в = 0,5 · С_х · q_м · V_к² · S_к - сила сопротивления воздуха, действующая на кормушку, Н;

С_х - коэффициент аэродинамического сопротивления кормушки;

q_м - плотность воздуха на уровне моря, кг/м³;

V_к - линейная скорость кормушки, м/с;

S_к - площадь поперечного сечения кормушки, перпендикулярная ее линейной скорости м².

Движение кормушки в полете можно сравнить с ощущениями пассажира на заднем сидении открытого автомобиля, двигающегося с линейным ускорением по радиусу - сила инерции при разгоне будет вдавливать его в кресло, а центробежная сила будет стараться прижать его к двери, при этом на тело будет направлен мощный поток воздуха, пытающийся еще сильнее вдавить пассажира в кресло - стресс, однако!

Составим уравнение равновесия сил, действующих про оси х (углы отмечены на рисунке 2 и 3):

F_з = F_м + F_и = F_цб · cos (α + β) + Р_к · sin α + (F_к + F_в) · cos(90 - (α + β)) (1)

При желании, в формулу можно подставлять различные значения сил и геометрических параметров, и смотреть, как их изменение в ту или иную сторону влияет на величину нагрузки шнура. Для наглядности, зависимости нагрузки от изменения каких - либо параметров можно представить в виде графиков. Можно, например, изменять массу кормушки, площадь ее поперечного сечения, линейную скорость кормушки, длину и жесткость фидера при изгибе, длину свиса и т.д.

Но мы этого делать не будем, это отдельная большая работа! Однако, можно сделать определенные выводы, даже не подставляя в формулы численные значения, а просто их анализируя: Чем больше масса кормушки с кормом при забросе, тем большую нагрузку будет испытывать шнур. При забросе на дальние дистанции заброс будет происходить со значительным продольным ускорением и увеличенной скоростью заброса, что приведет к увеличению силы инерции F_к, центробежной силы F_цб, силы сопротивления воздуха, действующей на кормушку, F_в и, соответственно, к увеличению нагрузки шнура.

Чем больше свис кормушки, тем большее усилие возникает на шнуре при забрасывании на одну и ту же дистанцию. Это связано с увеличением проекции силы F_цб на ось х. Техника заброса фидера с коротким и длинным свисом кормушки немного различаются - при длинном свисе отпускать леску нужно чуть позже. Кормушка при отпускании лески полетит по направлению скорости V_к, а не по направлению скорости V_кс.

Мы рассматривали фидерный силовой заброс, когда кормушка разгоняется фидером из остановленного, зафиксированного за спиной положения, однако эти выводы можно распространить и на маятниковый заброс, когда кормушка сначала закидывается назад, а затем резким движением посылается вперед. Заброс назад приведет к значительному увеличению величины изгиба фидера h_и, вырастет потенциальная энергия фидера, связанная с его пружинящими свойствами, которая при забросе реализуется. Это приведет к тому, что при забросе кормушки на одну и ту же дистанцию надо будет приложить к фидеру меньший крутящий момент, воздействуя руками на рукоять, то есть заброс выполнится легче.

Или же при приложении такого же крутящего момента к рукояти дальность заброса увеличится. С этой точки зрения маятниковый заброс можно назвать более прогрессивным, однако у него имеются и отрицательные стороны. Нагрузка на шнур при забросе будет расти, а также появляется больше возможностей сломать какое - то из колен фидера, начиная от вершинки, особенно, если крючок зацепился за одно из растений. Силовой заброс в этом плане происходит в более щадящем режиме.

После некоторых раздумий был найден и экспериментальный способ определения нагрузки шнура при фидерном забросе! Дело в том, что фидер представляет собой измерительный прибор по определению зависимости прогиба от нагрузки. Суть способа в следующем - допустим, вы засняли на видео, сбоку, свой заброс фидером, определили момент, когда до отпускания шнура (лески) осталось мгновение, и теперь уже знаете, как изогнулся фидер перед броском. Осталось, используя масштаб, определить данные по изгибу фидера в метрах или сантиметрах.

Возвращаем Дмитрия на сцену (смотри рисунок 4). Особенность этого рисунка в том, что он повторяет первый рисунок изгиба фидера при забросе, но он развернут и нагрузка, прилагаемая к фидеру, направлена вертикально вниз, и мы ей можем управлять.

То есть, если взять этот фидер, и в домашних условиях, подвесив груз нужной массы, установить и изогнуть его так, как показано на рисунке, т.е. обеспечить ему те же L_и и h_и, то мы с помощью груза массой P_н получим ту нагрузку, которая действовала на шнур с конкретным фидером именно на этой стадии заброса.

Размеры фидера я по тексту не нашел, поэтому придется считать в Салапиных, зная его рост около 185 см. У меня получилось 2 Салапина + 10 или 20 см, т.е., скорее всего, длина фидера около 3,9 м.

С учетом роста Дмитрия и знания масштаба у меня получилось L_и = 350 см, h_и = 150 см. К сожалению, фидера с такими жесткостными характеристиками у меня дома нет, я и модель его не знаю, Дмитрий далеко, но все-таки оценить уровень, в первом приближении, нагрузки шнура при забросе можно. У меня имеется в наличии фидер Trabucco Heron Hi-Feeder длиной 3,9 м, его и попробуем согнуть приблизительно также. У него, конечно, другая жесткость, но ошибусь, я думаю, не принципиально.

На рисунке 5 показана фотография эксперимента с моим фидером. Комель фидера я установил в отрезок пластиковой трубы для сантехники, которую на табурете зажал в тиски, книгами и коробками с ножами обеспечил устойчивое положение всей установки. К концу лески прикрепил емкость, куда складывал кормушки по одной штуке, наблюдая за реакцией фидера, остановил эксперимент, когда между емкостью и полом было около 1 см. Для замера величины изгиба фидера h_и между его рукоятью и шторой закрепил нитку по направлению рукояти. Проекцию длины фидера в изогнутом положении L_и замерял обычным образом на полу.

Рисунок 4 - Нагружение фидера в статике

В результате эксперимента получились следующие результаты: L_и = 335 см, h_и = 160 см, масса (вес) груза P_н = 555 г. Уникальный результат по массе груза, который обеспечивает такие характеристики фидера на изгиб. Размеры моего изогнутого фидера оказались достаточно близки с результатами, которые продемонстрировал Дмитрий при забросе кормушки своим фидером.

Рисунок 5 - Нагружение фидера Trabucco Heron Hi-Feeder длиной 3,9 м

Резюме:

Результаты эксперимента можно охарактеризовать тремя словами: - «Не *** (волнуйтесь), мужики!», но это, как - то, не по - научному! Попробуем дать развернутую оценку особенностей нагрузки шнура (лески) при фидерном забросе:

Шнур (леска) при забросе будут испытывать увеличенную нагрузку при увеличении массы кормушки, при увеличении скорости выброса кормушки и ее продольного ускорения при дальних забросах, при увеличении свиса кормушки, однако все эти нагрузки намного меньше разрывной нагрузки шнура (лески).

Мы рассматривали фидерный силовой заброс, когда кормушка разгоняется фидером из остановленного, зафиксированного за спиной положения, однако эти выводы можно распространить и на маятниковый заброс, когда кормушка сначала закидывается назад, а затем резким движением посылается вперед. Заброс назад приведет к значительному увеличению величины изгиба фидера h_и, вырастет потенциальная энергия фидера, связанная с его пружинящими свойствами, которая при забросе реализуется. Это приведет к тому, что при забросе кормушки на одну и ту же дистанцию надо будет приложить к фидеру меньший крутящий момент, воздействуя руками на рукоять, то есть заброс выполнится легче. Или же при приложении такого же крутящего момента к рукояти дальность заброса увеличится.

С этой точки зрения маятниковый заброс можно назвать более прогрессивным, однако у него имеются и отрицательные стороны. Нагрузка на шнур при забросе будет расти, а также появляется больше возможностей сломать какое-то из колен фидера, начиная от вершинки, особенно, если крючок зацепился за одно из растений. Силовой заброс в этом плане происходит в более щадящем режиме.

Результаты эксперимента по нагружению фидера показали, что реальная нагрузка шнура, которая создается при забросе кормушки, составляет менее 1,0 кг (менее 9,81 Н). Это объясняет тот факт, что спортсмены и продвинутые любители используют при ловле шнуры минимальной толщины с разрывным усилием в 3,0 - 4,0 кг - этого вполне достаточно, чтобы забросить кормушки даже большой массы.

Использование шнура (лески) с разрывной нагрузкой в 7,0 - 8,0 кг отдельными фидерменами (в том числе и мной), скорее, связано с желанием обезопасить себя при ошибках заброса.