15米金屬拉梯攀登操的幾點思考

陳濤 羅聲

摘要：對攀爬15米金屬拉梯操作規程進行介紹，并從物理和數學視角，對提高15米金屬拉梯攀登操訓練成效進行探討。

關鍵詞：15米金屬拉梯操;操作規程;架梯角度;摩擦力

攀登15米金屬拉梯操是夏訓操法中為數不多的登高類操法，五名指戰員需要在規定的時間類將拉梯架設好并由一名指戰員沿拉梯逐級攀登至4樓平臺后喊“好”后計時結束。

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，再通過日復一日的訓練，不斷提高班組人員的默契程度，最終讓成績一點一點提高。那么在賽場上，如若是相同的裝備、相近的實力，如何讓我們更有優勢呢？除了臨場發揮、隊員狀態等這些主觀因素，是否還有其他可以客觀因素？今天筆者從數學和物理兩個視角就此問題進行分析。

一、攀爬15米金屬拉梯操作規程介紹

在分析問題之前，我們先回顧一下操作規程：

（一）場地設置

在訓練塔前15米處設置起點線，在距起點線10米至14米之間設置架梯區。在起點線處放置15米金屬拉梯1把，梯腳朝前并與起點線相齊。

（二）器材和著裝要求

1.個人防護裝備（10件套）：滅火防護服、消防頭盔、滅火防護靴、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。

2.參訓人員著個人防護裝備10件套。

（三）操作過程

參訓人員在起點線后立正站好，當聽到“預備”的口令后，參訓人員做好準備。

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

（四）操作要求

1.嚴格按照操作程序逐一實施。

2.梯子未架穩前不得升梯、梯子未鎖死前不得爬梯。

3.支撐腳要相互對稱，防止梯子傾斜。

4.拉梯上端必須超過窗臺2個梯蹬。

（五）成績評定

計時從發出“開始”，到4號員雙腳著地喊“好”為止。

二、架梯角度對于時間的影響

從規程中我們知道完成此操法有2個硬性要求，一方面是拉梯必須要超過4樓窗臺（約10米）2個梯蹬;另一方面則是指戰員要沿著拉梯逐級攀登躍進4樓平臺，下面我們用數學的視野來探究架梯角度對于以上2個方面的影響：

拉梯架設完成后的狀態可簡化為圖1所示，訓練塔（AO）、拉梯（AC）和水平面（OC）會構成一個直角三角形，拉梯和水平面構成的內角∠ACO，我們稱之為α，我們發現在訓練塔高度（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α為45°時，以訓練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時梯腳距離訓練塔OD距離為：10m

（二）我們移動梯腳至D點，形成夾角β，即∠ADO：

當β為60°時;以訓練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時梯腳距離訓練塔OD距離為：5.77m

（三）我們移動梯腳至E點，形成夾角θ，即∠AEO：

當θ為75°時;以訓練塔10米高度為例，拉梯整體需要拉伸長度最低為：

此時梯腳距離訓練塔OE距離為：2.58m

根據規程要求，距離起點線14m至10m處為架梯區，也就是

1m

即：2<（tanα=OA/OC）<10;

即：63.43°<α<84.28°

即在實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到1.1m左右，合計約3～4個梯蹬，我們爬梯人員在中后段攀爬時往往會因體力消耗導致速度減緩，完成這最后的3～4個梯蹬用時將會超過1秒。

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

三、摩擦力對于時間的影響

討論摩擦力之前，我們要明確幾個事項：我們配備的15米金屬拉梯的質量（85kg），為了便于計算，假設第二節、第三節梯均為25kg，即拉梯時，實際上就是提拉50kg的重物，拉梯消防員自重為70kg，全套戰斗服大約10kg。消防員在拉梯時，往往是通過跳躍騰空利用自重拉動拉梯，消防員向下行進的速度即為拉梯的提升速度，消防員向下行進的距離即為拉梯的伸展距離，理想狀態下，消防員向下運動的加速度a由物理學公式可求：

此時加速度a為3.75m/s，假設1名戰斗員跳拉距離為1.5米，則往復一次消耗時間為：

即理想狀態下往復拉繩一次耗時0.894s。

實際中，拉梯上的定滑輪改變力的方向同時也會產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，我們再進行計算，消防員向下運動的加速度a，此時：

此時加速度a=2m/s，假設1名戰斗員跳拉距離依然為1.5米，則往復一次消耗時間為：

通過對比滑輪的效率導致跳拉一次用時比理想狀態下慢了0.3秒左右，按最低4次跳拉計算，時間上會滯后1.2s左右。當然任何滑輪都會有摩擦，我們無法改變，但是我們可以改變的是更換一個效率更高的滑輪（高達95%）或者使用體重更重的指戰員去拉，不過此時滑輪效率占據著主要因素。

當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帶來的損失，這個時候我們別無他法，只能讓二者的表面都盡可能粗糙，以保證接觸后不發生滑動。

四、結語

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。

若我們在此操法的訓練中，成績止步不前時，從角度、滑輪、摩擦等方面進行探索也是可行的方法。