Почему скручиваются провода?

Вопрос из последнего тура инженерного конкурса, на первый взгляд, был прост: "Отчего провода, которые подключают-отключают, со временем начинают скручиваться вдоль продольной оси?".

Правда, простота оказалась кажущейся. На нашем форуме развернулась нешуточная дискуссия. Постоянный участник форума Эдуард предположил, что "они скручиваются не от подключений. Если отключить и положить, то не скрутятся. А вот если каждый раз убирать, то скручиваются. Из-за того, что их каждый раз наматывают. При этом провод скручивается вокруг своей оси. Чтобы этого избежать, надо или наматывать их на катушку, а не накручивать на бухту, или, как на флоте, канаты складывать "восьмёркой". Особенно это заметно на толстых тяжелых кабелях. Или РК".

Безусловно, это мнение опытного человека, который неоднократно скручивал провода разными способами. Но не совсем понятно, в чём разница между катушкой и бухтой, если сматывают одинаково. Впрочем, и при намотке-смотке катушки кабель или провод тоже может скручиваться. Тем не менее, такое объяснение нельзя считать достаточным.

Оригинальную версию выдвинул Святослав с форума "КВ": "Провод сворачивается, потому что когда идёт намотка руками, за счёт трения рук и вращательного движения происходит изменение оси скольжения, приводящее к появлению скручиваний. Если бухта или катушка перпендикулярны проводу и наматывание идёт с помощью ручки, то скручивания появляются по другой причине - за счёт неравномерного натяжения".

Что ж, законы физики никто не отменял, но в данном случае всё проще.

Версии есть разные. Наш читатель Николай Васильевич Кузьминчук считает, что провода скручиваются, потому что пользователи в процессе подключения-отключения действуют однообразно: "например, включая вилку в розетку, человек подкручивает её (вилку) пускай вправо. Выключая - тоже вправо. Вот провода и скручиваются". Хотя Николай Васильевич не объяснил свою версию с точки зрения распределения векторов сил, однако он привёл пример: "Этот эффект хорошо наблюдается, когда подключаются и отключаются длинные провода, и при отключении он (провод) наматывается, допустим, на кисть и предплечье левой руки, при следующем сматывании тоже так, и после десятка таких однообразных сматываний провод может так закрутиться, что его придётся специально раскручивать". Наш читатель даже предлагает выход из положения: "Если при сматывании провода один раз наматывать на кисть и предплечье левой руки, а при сматывании провода в другой раз - на кисть и предплечье правой руки и так далее, чередуя руки, то скручивание почти не будет происходить!".

Главная причина закручивания проводов, считает другой наш читатель с почтовым адресом adnnin@, - это обычные натяжения внешней оболочки при отключении. Также имеет место постепенное усыхание материала (дешёвая китайская оболочка проводов) кембрика. И на последнем месте - обычное человеческое разгильдяйство - после падения на пол человек подбирает провода не в том порядке, как они лежат... и провода как в косичке переплетаются! После попытки распутать идёт, опять-таки, натяжение проводов, и, так как внутренние металлические жилы не могут быть растянуты, создаётся натяжение (скручивание) всего шнура из-за избыточной длины кембрика".

Читатель Sinlos выдвигает такую версию: "Проводник и изоляция имеют различную "остаточную" деформацию - попросту становятся разной длины. Пытаясь "уравняться" друг с другом, они изгибаются. Направление завивки можно объяснить неоднородностью слоя изоляции - с одной стороны она всегда будет тоньше (на глаз это не всегда заметно, но идеального ничего нет). И более тонкая стенка будет более деформирована. И провод будет стремиться принять вид круга. Когда же его вновь протягивают, он вынужден скручиваться вокруг оси, чтобы уложиться во вновь сформированную неравномерность длины. Стоит отметить, что на направление скручивания может также влиять направление намотки "тросика", когда провод не монолитный".

Наиболее кратко и чётко причину скручивания проводов объяснил Prach Michael: "Длинные провода перед транспортировкой аккуратно скручивают в моток, т.е. вдоль поперечной оси, которая является перпендикуляром к плоскости мотка. Разматывать тем же жестом долго и лениво, поэтому провод просто тянут из мотка вдоль, поперечно оси. Напряжение в металле остаётся, и провод представляет собой крайне вытянутую спираль". Действительно, если действовать по описанному способу, то мы получим эту самую спираль, и причина скручивания объясняется. Прямо скажем, что на самом деле этот ответ оказался ближе всех к истине. Хотя, в любом случае, все наши читатели очень точно определили главную причину скручивания проводов - это деформация. Проблема только в том, в какой момент возникает эта самая деформация? Как показало расследование постоянного ведущего нашей рубрики mike (old student), она возникает в процессе сматывания.

"Проделаем простой опыт. Берём ленточку, можно для детских бантов. Аккуратно, без особого натяжения, наматываем на руку. Теперь, удерживая одной рукой внутренний конец, берём второй рукой за внешний конец ленточки и разводим руки. Что видим? Леночка растянулась, но свернулась в штопор. Вот так и мы поступаем с проводами. Нам что надо? Подключить! Значит, раз - и вытянули, не заметив, что закрутили провод вокруг продольной оси. Кое-кто, правда, закрутку замечает, один конец поднимает вверх, второй отпускает и даёт проводу раскрутиться. Однако раскрутка происходит не полностью, так как полимерная изоляция имеет память механических напряжений, которые со временем накапливаются.

Чтобы избежать скручивания и последующих потерь времени из-за распутывания, провода или кабели лучше не сматывать, а складывать змейкой. А чтобы она не рассыпалась - нужно перехватить её посредине чем-нибудь: разогнутой канцелярской скрепкой или специальной стяжкой (продаётся на радиорынке). Однако, жёсткий кабель змейкой не сложишь. В этом случае его всё равно приходится сматывать в бухту. Но разматывать бухту надо с её внутреннего конца, вращая бухту в ту же сторону, что и при намотке".

Новый вопрос от mike (old student).

Есть такая штука, как радиомодем. Если подключаешь к общему проводу радиостанции заземление или солидный противовес - сыплются ошибки. Почему?

Ответы на вопрос, а также новые задачи для конкурса принимаются по адресу puzzle@kv.by.

mike (old student),
Анатолий АЛИЗАР