Thực tế chứng minh, nếu không kiểm soát được góc mở của dây (rope angle), chúng ta có thể vô tình nhân sức nặng lên gấp nhiều lần, phá hủy các điểm neo tưởng chừng như kiên cố nhất. Nội dung dưới đây sẽ đi sâu phân tích ảnh hưởng của góc dây đến sự phân bố lực trong hệ thống neo và ròng rọc, giúp cán bộ, chiến sĩ (CBCS) nhận diện và loại bỏ rủi ro từ "Góc chết" (Critical Angle).

          1. Bản chất vật lý: Lực là đại lượng Vector:

          Trước khi đi vào thực tế, chúng ta cần thống nhất lại về lý thuyết: Lực không chỉ có độ lớn (bao nhiêu kg/Newton) mà còn có phương và chiều (Vector). Khi một tải trọng treo trên dây, lực tác động lên điểm neo không chỉ phụ thuộc vào khối lượng vật (m) mà còn phụ thuộc vào góc tạo bởi các dây chịu lực.

          Trọng lực (P): Luôn hướng thẳng đứng xuống dưới với gia tốc g ≈ 9.81 m/s².

          Lực căng dây (T): Phân tán theo phương của sợi dây.

          Nếu chúng ta treo một vật nặng 100kg lên một điểm neo đơn lẻ, lực tác động là 100kg (bỏ qua trọng lượng dây). Nhưng khi chia tải ra 2 điểm neo tạo thành hình chữ V, lực tác động lên mỗi điểm neo sẽ thay đổi đáng kể tùy theo góc mở của chữ V đó.

Giải thích: Mặc dù trọng lượng tổng cộng vẫn là 100 kg, nhưng với góc 90°, lực tác động lên mỗi điểm neo không còn là 50 kg như trường hợp góc gần 0°. Thay vào đó, mỗi điểm neo phải chịu lực là 70.7 kg. Do đó, tổng lực tác động lên hệ thống sẽ là 140 kg (2 x 70.7 kg), gần gấp đôi trọng lượng thực tế của vật thể.

Công thức tính lực

Khi góc dây CNCH thay đổi, lực tác động lên các điểm neo cũng thay đổi. Công thức để tính lực tác động lên các điểm neo có thể được mô tả như sau:

Trong đó:

- F là lực tác động lên mỗi sợi dây.

- W là trọng lượng của vật thể (trong trường hợp này là 100 Kg ).

- θ là góc giữa hai sợi dây (90°).

Công thức này giúp tính toán lực mà mỗi điểm neo phải chịu trong trường hợp có góc giữa các sợi dây. Khi góc tăng lên, lực tác động lên mỗi điểm neo cũng tăng theo. Trong công tác CNCH công thức trên chứng minh rằng khi góc θ càng lớn thì giá trị  càng càng nhỏ, dẫn đến lực F tăng theo cấp số nhân.

                2. Phân tích các "Góc dây" điển hình và Quy tắc 120 độ

                Dựa trên tính toán vật lý và thực nghiệm CNCH, chúng ta có các mốc "góc" quan trọng sau đây mà mọi chỉ huy đội chữa cháy và CNCH cần lưu ý:

                a. Góc 0° (Lý tưởng nhất)

               Khi hai sợi dây song song thẳng đứng (góc 0°), tải trọng được chia đều tuyệt đối.

      Tải trọng: 100kg.

      Lực lên mỗi điểm neo: 50kg (50% tải trọng).

      Đánh giá: An toàn tuyệt đối cho điểm neo.

      b. Góc 90° (Giới hạn tiêu chuẩn) 

Khi góc mở giữa hai dây là 90°.

Tải trọng: 100kg.

Lực lên mỗi điểm neo: 70.7kg (khoảng 71% tải trọng).

Tổng lực tác động lên hệ thống: ~141kg.

Đánh giá: Đây là giới hạn an toàn khuyến nghị. Tại góc này, việc chia tải vẫn có hiệu quả (71kg < 100kg).

       c. Góc 120° (Góc chết - Critical Angle)

      Khi góc dây đạt 120°:

      Tải trọng: 100kg.

      Lực lên mỗi điểm neo: 100kg (100% tải trọng).

       Hiện tượng: Việc chia tải hoàn toàn vô nghĩa. Mỗi điểm neo phải gánh chịu toàn bộ sức nặng của vật thể như thể nó đang neo một mình. Hơn nữa, tổng lực tác động ngang để kéo 2 điểm neo vào nhau là rất lớn.

         d. Góc trên 120° (Vùng nguy hiểm)

          Nếu cố tình căng dây để góc mở rộng ra (ví dụ 150° - dây gần như nằm ngang):

         Tải trọng: 100kg.

          Lực lên mỗi điểm neo: Khoảng 193kg (Gần 200% tải trọng).

         Hậu quả: Lực tác động lên điểm neo gấp đôi trọng lượng vật cần nâng. Nguy cơ bật điểm neo, đứt dây hoặc sập cấu kiện xây dựng là cực kỳ cao.

        Bảng dưới minh họa hiệu ứng nhân đôi lực khi góc giữa hai sợi dây CNCH tăng lên. Cột bên trái là góc giữa hai sợi dây CNCH, và cột bên phải là lực tác động lên mỗi dây CNCH và điểm neo tương ứng với góc đó.

Các điểm nổi bật trong bảng:

 Góc 0°: Khi hai sợi dây gần như song song (góc 0°), mỗi dây CNCH chỉ chịu một nửa trọng lượng của vật thể. Vì vậy, mỗi dây CNCH chịu 50 kgf lực.

Góc 120°: Tại góc 120°, mỗi sợi dây CNCH phải chịu lực 100 kgf, tương đương với trọng lượng của vật thể (100 kgf).

Góc 150°: Khi góc giữa các sợi dây đạt 150°, lực trên mỗi sợi dây sẽ lên đến 193 kgf, gần gấp đôi trọng lượng của vật thể ban đầu.

Góc 170°: Khi góc giữa hai sợi dây gần như thẳng đứng (góc 170°), lực tác động lên mỗi dây CNCH sẽ là 574 kgf, rất cao, vì lực được nhân lên mạnh mẽ khi góc giữa các sợi dây lớn.

      Quy tắc an toàn: Tuyệt đối không để góc dây vượt quá 120°. Trong thực tế triển khai đội hình, CBCS nên duy trì góc dây nhỏ hơn hoặc bằng 90° để đảm bảo hệ số an toàn cho điểm neo.

           3. Những lưu ý cho công tác cứu nạn, cứu hộ trên cao

      - "Thà chùng mà chắc": Khi căng dây ngang (Highline/Tyrolean), tuyệt đối không kéo dây căng hết cỡ cho thẳng tắp. Phải duy trì độ võng an toàn để góc dây tại điểm mắc cáng luôn nhỏ hơn 120 độ.

      - Kiểm soát góc chữ V: Khi làm hệ thống neo chia tải vào 2 điểm (ví dụ buộc vào 2 cột nhà), hãy chọn 2 cột ở xa nhau theo chiều sâu (để góc hẹp lại) thay vì chọn 2 cột gần nhau theo chiều ngang (khiến góc mở rộng ra).

      - Lưu ý với điểm đổi hướng: Luôn gia cố chắc chắn cho các điểm treo ròng rọc đổi hướng, vì đây là nơi chịu áp lực lớn nhất trong toàn bộ hệ thống dây (chịu lực gấp 1.4 lần tải trọng thực tế).

      Ví dụ: Cứu một nạn nhân nặng 100kg dưới giếng sâu.Chiến sĩ sử dụng một ròng rọc đơn và treo vào điểm neo A (trên miệng giếng) để đổi hướng dây 90 độ, giúp CBCS kéo có thể đứng trên mặt đất bằng phẳng để kéo dây theo phương ngang.

      Phân tích lực: Tổ kéo phải dùng lực ~100kg để kéo nạn nhân lên.Tuy nhiên, Điểm neo A (nơi treo ròng rọc) không chỉ chịu lực 100kg, mà nó phải chịu một hợp lực ép xuống là: 100kg x 1.41 = 141kg

      Rủi ro: Rất nhiều trường hợp chỉ huy chọn điểm neo A sơ sài (ví dụ: một thanh xà gồ yếu, hoặc buộc giá 3 chân không chắc chắn) vì nghĩ chỉ chịu tải 100kg. Nhưng thực tế điểm neo đang gánh 141kg. Nếu dây bị kẹt hoặc giật cục, lực này có thể tăng vọt lên 200-300kg, gây sập điểm neo ròng rọc, khiến nạn nhân rơi trở lại xuống hố và gây sập hệ neo.

Trung tâm Huấn luyện và ứng phó về PCCC và CNCH