Was ist stärker, ein Seil ohne Knoten oder ein Seil mit Knoten?

Die Fasern in einem Seilstrang werden gerade „gelegt“ und dann verdreht. Mehrere Stränge werden durch Verdrillen kombiniert, um das Seil herzustellen. Wenn ein Seil straff gezogen wird, haben alle Fasern eine ähnliche Spannung und tragen alle annähernd gleich zur Zugfestigkeit bei. Bei einem Knoten sind die Fasern auf der Innenseite der Kurve jedoch nicht unter Spannung, und die Fasern auf der Außenseite werden gedehnt, wenn sie der Kurve folgen. Die Belastung ist ungleichmäßig.

Unter Spannung ist das Seil stärker, wenn keine Knoten vorhanden sind, da die durch die Knotenform verursachten ungleichmäßigen Belastungen die am stärksten beanspruchten Fasern bei Spannungsniveaus brechen können, die ein gerades Seil nicht zu beschädigen drohen. Verschiedene Knoten und Arten von Spleißen wurden getestet, um zu sehen, wie gut sie die Stärke der ursprünglichen Schnur bewahren; Ein Augenspleiß mit einem Fingerhut (Stahl-Innenstütze) ist eines der besseren Designs; Der Überhandknoten (in der Frage dargestellt) ist einer der schlimmsten.

Jedes Seil wird durch einen Knoten geschwächt! Die Physik hinter diesem Phänomen ist sehr komplex (ich für meinen Teil kenne sie nicht, oder ob sie vollständig verstanden wurden), aber es wurde wiederholt empirisch gezeigt, dass jeder Knoten das Seil um etwa 30% schwächt (von maximaler Belastung, wenn Nr Knoten vorhanden sind), und wenn das Seil reißt, geschieht dies am Knoten oder in seiner Nähe.

Als Referenz (eine von vielen Quellen, die diese Behauptung unterstützen würden):
"Knot Break Strength vs. Rope Break Strength" , The National Speleological Society

Wenn Sie einen beschädigten (normalerweise ausgefransten) Seilabschnitt haben, ist es möglich, einen anderen Seilabschnitt einzuknoten, um die Last aufzunehmen. Typischerweise würden Sie dies mit einem Schafschenkel oder einer seiner Varianten tun. In diesem Fall ist das geknotete Seil stärker als zuvor, da seine Festigkeit durch den beschädigten Abschnitt stark eingeschränkt war. Jetzt wird der beschädigte Abschnitt nicht mehr belastet, Sie haben das schwächste Glied repariert.

Wenn Sie jedoch mit zwei identischen Seilen beginnen und dann eines davon beschädigen und mit einem Schafschenkel versehen, ist das unbeschädigte / nicht mit Schafschenkel versehene Seil stärker. Der Sheepshank Fix ist stärker als ein beschädigtes Seil; Aber der Schafsschenkel selbst verschlechtert die Tragfähigkeit des Seils (siehe Antworten oben), sodass das unbeschädigte / nicht mit Schafsschenkel versehene Seil am stärksten ist.

Die obigen Antworten sind in Anbetracht der Stärke bereits sehr vollständig. Es gibt jedoch noch einen weiteren Punkt, den ich hinzufügen möchte.

Wenn Sie einen Knoten in einem Seil haben, der nass wird, bleibt der Knoten länger nass als der Rest des Seils. Dadurch kann Schimmel leichter im Knoten wachsen, wo er einen feuchten (und wahrscheinlich warmen) Ort hat, an dem er bleiben und wachsen kann. Es versteht sich von selbst, dass Schimmel Ihr Seil schwächt. Nebenbemerkung: Sie brauchen keine Knoten, um Schimmel zu züchten; Mit der Zeit wird wahrscheinlich sogar ein gerades Seil schimmeln.

Ein weiterer Punkt, den ich machen möchte, ist, dass es für die von Ihnen erwähnte Anwendung wahrscheinlich keine Rolle spielt, da das Gewicht Ihrer Kleidung im Vergleich zur Bruchfestigkeit des Seils nicht so groß ist. Wenn Sie Ihr System wirklich stark belasten, kann dies natürlich relevant werden.

Schließlich wird das Seil wahrscheinlich dauerhaft im Freien hängen und es UV-Strahlung und damit UV-Schäden an Ihrem Seil aussetzen.

Fazit: Wenn Sie Knoten in Ihr Seil machen möchten, können Sie dies für eine normale Wäscheleine tun. Ihre größten Feinde werden wahrscheinlich immer noch Feuchtigkeit und UV-Schäden sein, die dazu führen, dass das Seil mit der Zeit zerfällt. Das System mit Knoten wird wahrscheinlich nicht ganz so lange halten wie das System ohne Knoten. Aber aus praktischer Erfahrung stelle ich fest, dass der Unterschied in der Lebensdauer gering sein wird.

https://en.wikipedia.org/wiki/Knot#Strength

Die Knotenfestigkeit wird ziemlich ausführlich mit Angelknoten auf der Suche nach dem „heiligen Gral“ der Knoten untersucht, einem 100% starken Knoten, der nicht das schwache Glied in Ihrer Schnur ist. Bei Monofilament-Angelschnüren gibt es eine Reihe von Problemen, die dazu führen, dass der Knoten schwächer ist als die Schnur. "Brennen" tritt auf, wenn ein Knoten festgezogen wird, wo Reibung dazu führt, dass sich das Mono erwärmt und sogar schmilzt und sich neu formt. Bei dickeren gedrehten Seilen kann dies geringer sein, ist aber immer noch real.

Die ungleichmäßige Spannung im Knoten führt dazu, dass Verzerrungen und Spannungen nicht gleichmäßig verteilt werden, was zu ungleichmäßiger Abnutzung der Leine oder des Seils führt.

Die meisten Knoten haben ein gewisses Maß an Schlupf, wenn sie belastet werden. Das Rutschen führt dazu, dass das Seil oder die Leine unter Spannung reibt und langsam schneidet, wodurch die Leine geschwächt wird.

Bei Angelknoten besteht das allgemeine Ziel für einen stärkeren Knoten darin, die Schnur zu schmieren, während der Knoten festgezogen wird, um die Reibung / Hitze zu minimieren, und einen Knoten zu binden, der einrastet, um die Bewegung zu minimieren. Dabei wird festgestellt, dass jede durchgeführte Kreuzung, dh Schnur über Schnur, die Schnurstärke um etwa 10 % verringert, so dass bei Angelschnüren eine Festigkeit von 90 % einer geknoteten Schnur im Vergleich zu keinen Knoten ungefähr das Beste ist, was gemacht werden kann .

Einige davon variieren je nach Durchmesser, wobei unterschiedliche Konfigurationen aufgrund des Schnurrutschens unterschiedliche Knoten begünstigen, sodass relativ starke Angelknoten möglicherweise keine gute Wahl für geflochtene Schnüre sind. Das allgemeine Prinzip bleibt jedoch, dass eine geknotete Schnur schwächer ist als eine ohne Knoten. Eine Ausnahme könnte die Bildung eines zusammengesetzten Seils sein, indem mehr als eine Leine parallel miteinander verknotet wird, die stärker sein könnte als eine einzelne Leine, aber stabiler als mehrere Leinen, die einfach zusammengeschlauft werden.

Eine Krümmung im Seil bewirkt, dass die Zugfestigkeit eines Seils abnimmt. Die stärkste Konfiguration ist diejenige, bei der die Spannungsverteilung über den Seilquerschnitt nahezu gleichmäßig ist, dh wenn das Seil gerade ist.

Wenn das Seil einen Knoten hat, kann es stabiler erscheinen, einfach weil das gesamte Seil dicker ist. Allerdings reißt das Seil normalerweise nicht im Knoten, sondern am Ende, wo es eine Krümmung gibt.

Wenn Sie nach Daten zu diesem Thema suchen, gibt es zwei Hauptanwendungen: Industrieseile und Stahldrähte sowie Slacklinen . Da die ersteren Knoten nicht sehr verbreitet sind (versuchen Sie, einen in ein Stahlseil zu binden ...), werde ich kurz auf die letzteren als Anwendung des Konzepts eingehen.

Eine Stelle, an der man einen Knoten machen muss, sind die Enden einer Slackline. Tatsächlich gibt es spezielle Geräte, sogenannte Slackline-Weblocks , die versuchen, dies mit minimaler Krümmung zu erreichen (siehe Bild).

Wenn Sie nach aktuellen Daten zu diesem Thema suchen, ist der Slackscience Blog der Balance Community der beste Ort für die Suche . Sie haben Tests mit verschiedenen Weblocks durchgeführt und untersucht, wie sich ihre Struktur auf die Zugfestigkeit auswirkt.

Alle bisherigen Antworten sprachen von Stärke, aber das OP fragte nach Haltbarkeit. Wenn die Kleidung nur an den Knoten befestigt wäre, sollte sie haltbarer sein als ein ungeknotetes Seil, da sich die Abnutzung auf einen Bereich mit mehreren Seilschichten konzentrieren würde. Die Belastung auf jedem Teil eines Knotens ist geringer als auf einem ungeknoteten Abschnitt, sodass ein Ausfransen des Knotens die Festigkeit im Laufe der Zeit nicht so stark beeinträchtigen würde, als wenn das ungeknotete Seil ausgefranst wäre.

Die Bruchfestigkeit wird durch Knoten geschwächt, wie bereits mehrfach erwähnt. http://www.paci.com.au/downloads_public/knots/03_Cordage_Institute_Tests.pdf

Knoten sind Schwachstellen in der Zugfestigkeit, einfach weil sie zusätzliche und unnötige Biegespannungen erzeugen und die Litzen über ihre normale Gebrauchslast hinaus verdrehen.
Die Geometrie und Mechanik von Knoten erzeugt scharfe Biegungen um kleine Krümmungsradien, die das Versagen und Schneiden von Strängen und das Ausfransen des Materials fördern.

Wenn Sie ein Seil mit Spannung belasten, reagiert es mit einer Dehnung, und wenn Sie die Belastung entfernen, schrumpft es wie eine Feder auf seine ursprüngliche Größe zurück. In den Grenzen des Knotenbereichs dehnt es sich jedoch nicht aus, sodass Sie eine Spannungskonzentration auf diese Punkte des Seils unmittelbar vor und nach dem Knoten erzeugen, was bald den Beginn von Ermüdungsrissen fördert.

Nicht nur Knoten sind Schwachstellen, sondern auch nach dem Lösen, wenn sie bereits Knicke im Seil gebildet haben, ist dies eine Schwachstelle. Denn wir alle prüfen jedes Seil intuitiv, ob es gerade und nicht geknickt ist, bevor wir es benutzen!

Ich gehe davon aus, dass Ihre Frage die Kraft betrifft, die Sie auf die Enden eines Seils ausüben können, ohne dass es bricht , und wie diese Kraft davon abhängt, ob das Seil gerade oder geknotet ist.

Während sich einige der anderen Antworten mit den Details des Seils befassen (z. B. wie es aus Fasern aufgebaut ist und wie Knoten Krümmung, Biegespannungen und dergleichen implizieren), möchte ich einen grundlegenderen Ansatz vorschlagen, der auf Symmetrie basiert , um zu erklären, warum dies der Fall ist geknotete Seile vertragen keine höhere Spannung als gerade Seile .

Nehmen wir an, dass das ungeknotete Seil ideal ist , in dem Sinne, dass es überall entlang seines Bogens die gleichen Eigenschaften hat. Dies verleiht dem Seil eine gewisse Symmetrie, da es egal ist, welchen Punkt entlang seines Bogens wir besprechen; jeder von ihnen ist gleich.

Lassen Sie uns nun irgendwo am Seil einen Knoten einführen, oder mehr als einen, wenn Sie möchten. Dies bricht die Symmetrie, da es nun deutliche Punkte am Seil (die Knoten und ggf. deren Umgebung) gibt, die sich von den geraden Seilabschnitten unterscheiden. Was wir jedoch nicht zulassen werden, sind "unendlich viele" Knoten, so dass jetzt jedes Segment des Seils "geknotet" ist. (Was „geknotet“ genau bedeuten soll, soll uns nicht interessieren.)

Dann gibt es drei mögliche Ergebnisse:

• Für jedes Segment des geknoteten Seils bleibt die „ Stärke “ (dh die Spannung, die es ertragen kann) unverändert . Dann bleibt die Stärke des Seils gleich.
• Für jedes Segment des geknoteten Seils wird die Festigkeit im Vergleich zum ungeknoteten Seil reduziert. Offensichtlich hat die Stärke abgenommen.
• Es gibt Abschnitte des Seils mit unveränderter Stärke und einige mit veränderter Stärke .

Um den letzten Fall zu analysieren, führen wir eine intuitive Annahme über die Physik ein: Wenn das Seil unter Spannung steht, reißt es an seiner schwächsten Stelle .

Wenn also die Knoten Segmente mit geringerer Festigkeit in das Seil einbringen, wird das schwächste dieser Segmente brechen, bevor die Segmente mit der ursprünglichen Festigkeit versagen. Das Seil insgesamt ist somit schwächer.

Wenn andererseits die Knoten nur dazu führen, dass Segmente des Seils stärker werden, bricht das Seil an jedem der ungeknoteten Segmente , wodurch das geknotete Seil die gleiche Festigkeit wie das ungeknotete erhält.

Wenn Sie ein langes Seil haben, können Sie es natürlich stärker machen, indem Sie es in zwei Hälften falten und vielleicht die beiden Stränge auf irgendeine Weise verdrehen. Dies würde jedoch als "unendlich viele Knoten" gelten, was wir oben ausgeschlossen haben.