Prędkość karuzeli: jak szybko może się kręcić

Dziecko utrzymuje się na karuzeli siłą, która rośnie z kwadratem prędkości obrotu. Siła uchwytu dziecka nie rośnie wcale. Na tej jednej asymetrii opiera się cały mechanizm upadku z urządzenia obrotowego i tylko dlatego pytanie o dopuszczalną prędkość ma sens.

Czy norma podaje maksymalną prędkość karuzeli?

W wydaniu z 2019 roku nie. Pełny tekst wymagań czytaliśmy w międzypaństwowej adopcji GOST, bo ta jest dostępna bez opłaty, i w całym dokumencie prędkość pojawia się raz, w uwadze wyjaśniającej, że prędkość wynikająca z siły odśrodkowej wpływa na siłę uderzenia. Osobno sprawdziliśmy spis treści EN 1176-5:2019 i wykaz zmian tego wydania, widoczne w podglądzie słowackiej adopcji STN EN 1176-5:2020: żaden punkt o prędkości obrotu się tam nie pojawia. Egzemplarza PN-EN 1176-5:2020-03 nie mieliśmy w ręku, więc jeśli ktoś wskaże w polskim wydaniu taki punkt, poprawimy ten tekst.

Jest to zmiana względem stanu, który wiele osób pamięta. Karta tej normy w bazie wiedzy BSI, wydawcy wersji brytyjskiej, wymienia w wydaniu EN 1176-5:2008 osobną sekcję o prędkości obrotu. Jakie wartości w niej stały, nie potwierdziliśmy w źródle, więc ich nie przytaczamy. Krążąca w ofertach liczba 5 m/s nie ma w wydaniu z 2019 roku punktu, z którego mogłaby pochodzić. Skąd się wzięła, nie ustaliliśmy na tyle pewnie, żeby wskazać konkretny dokument, i dlatego sami jej nie powtarzamy.

Jak szybko dzieci rozpędzają karuzelę?

Karuzela placowa nie ma napędu. EN 1176-5:2019 wprost wyłącza ze swojego zakresu urządzenia napędzane silnikiem i karuzele wesołych miasteczek, więc prędkość bierze się wyłącznie z nóg i rąk dzieci albo z popchnięcia przez dorosłego. Pomiaru, który podawałby, ile obrotów na minutę dzieci faktycznie osiągają, nie znaleźliśmy ani w normie, ani w źródle, na które moglibyśmy się powołać. Tabela niżej jest więc rozpisanym zakresem obrotów, a nie wartością typową dla placu zabaw.

Poniższy rachunek robimy na przykładowym obrysie 150 × 150 cm, bo tego wymiaru używamy w tekstach o planowaniu terenu. Promień wychodzi 0,75 m. Nie są to parametry konkretnego naszego urządzenia, wymiary platformy potwierdzamy mailem przed zamówieniem. Prędkość obwodowa to obwód razy liczba obrotów, przyspieszenie odśrodkowe liczymy ze wzoru a = v² / r, siłę jako masa razy przyspieszenie.

Tabela jest rachunkiem na przykładowym promieniu 0,75 m, nie pomiarem naszego urządzenia. Wymiary platformy, wagę i głębokość fundamentu potwierdzamy mailem przed zamówieniem.

Dwie rzeczy z tej tabeli są warte zapamiętania. Pierwsza: podwojenie obrotów czterokrotnie zwiększa siłę, bo zależy ona od kwadratu prędkości. Z 30 na 60 obrotów to już nie dwa razy trudniej się utrzymać, a cztery. Druga: przy tej przykładowej geometrii granica przebiega gdzieś między 30 a 40 obrotami na minutę, bo w tym miejscu potrzebna siła przekracza masę dziecka. Powyżej tej wartości trzymanie się przestaje być kwestią chęci.

Dlaczego dzieci spadają z karuzeli?

Bo puszczają uchwyt, a wtedy lecą w inną stronę, niż się spodziewają. Potoczne wyobrażenie jest takie, że karuzela wyrzuca dziecko na zewnątrz, promieniowo. Fizycznie dzieje się coś innego: w chwili puszczenia na dziecko nie działa już żadna siła utrzymująca je na okręgu, więc leci prosto, po stycznej. Tor wychodzi nie wzdłuż promienia, tylko w poprzek niego, i dlatego dziecko ląduje w innym miejscu, niż stało.

Ten kierunek przekłada się na teren. Norma dopuszcza dla karuzel typu A, B i E wysokość swobodnego upadku do 1000 mm, a swobodny spadek z metra trwa 0,45 s. Przez te pół sekundy dziecko leci po stycznej, więc im szybciej karuzela się kręci, tym dalej za obrysem urządzenia wypada punkt przyziemienia, przesunięty wzdłuż stycznej. O ile dalej, zależy od rzeczywistej średnicy platformy i wysokości, z jakiej dziecko spada. Nie podajemy więc ani progu obrotów, ani zapasu w metrach: na urządzeniu o innym obrysie obie te liczby wyszłyby inaczej. Praktyczny wniosek jest od tego rachunku prostszy. Wolna przestrzeń wymagana przy karuzeli typu A i B wynosi 2000 mm od krawędzi urządzenia i musi być pusta na całym obwodzie.

Norma widzi ten problem i opisuje go w EN 1176-1 w postaci uwagi: w przypadku karuzel, gdzie użytkownik obraca się z prędkością poziomą, strefa upadku może wymagać powiększenia. To jedyne miejsce w tych dokumentach, gdzie prędkość przekłada się bezpośrednio na wymiar terenu, i zarazem jedyna podstawa, żeby przy szybko kręcącym się urządzeniu zostawić więcej niż wymagane minimum. O ile więcej, norma nie podaje, a przy odbiorze rozstrzyga wymiar z tabeli, nie oszacowanie. Rozpisaliśmy ten wymiar w tekście o strefie bezpieczeństwa karuzeli.

Z tego samego powodu nawierzchnia amortyzująca pod karuzelą nie jest opcją. EN 1176-5:2019 wymaga, by jej krytyczna wysokość upadku odpowiadała co najmniej wysokości swobodnego upadku urządzenia i nigdy nie była dobrana poniżej 600 mm. EN 1176-1 dodaje do tego osobny powód: nawierzchnia amortyzująca jest wymagana pod każdym urządzeniem z ruchem wymuszonym, a karuzele są w tej normie wymienione wprost jako przypadek ruchu wymuszonego. Niska platforma nie zwalnia z tego wymogu. Porównanie materiałów i kosztów utrzymania jest w tekście o nawierzchni pod karuzelę.

Co w konstrukcji karuzeli ogranicza prędkość i jej skutki?

Brak limitu prędkości w normie nie znaczy, że konstrukcja jest dowolna. Większość wymagań z części 5 to odpowiedź na pytanie, co się stanie z dzieckiem przy obracającej się masie. Poniżej te wymagania, które mają związek z prędkością i siłą odśrodkową.

Prześwit nad gruntem jest tu najmniej oczywisty i najważniejszy. Zakres od 110 do 400 mm jest niedopuszczalny dla platformy nad gruntem w karuzeli typu B, bo właśnie w tej szczelinie mieści się noga albo ręka dziecka, które wpadło pod obracającą się platformę. Poniżej 110 mm nic się tam nie zmieści, powyżej 400 mm jest dość miejsca, żeby się wycofać. Pozostałe wymiary szczelin przy karuzeli, razem z prętami badawczymi 8 i 25 mm, zestawiliśmy w tekście o szczelinach w karuzeli.

Przy platformie typu B dochodzą wymagania, które wyglądają na drobiazgi, a wszystkie dotyczą tego samego: żeby przy obrocie nie było się o co zaczepić. Platforma ma być zamknięta i ciągła, wszystkie części konstrukcji obracają się w jednym kierunku, oś pionowa z odchyłką do 5°, a dodatkowe elementy nie mogą wystawać poza krawędź platformy. Na krawędziach natarcia stanowisk użytkownika żaden występ nie może wychodzić za pierścień badawczy, i badanie obejmuje wolną przestrzeń do wysokości 1800 mm, czyli całą wysokość, na jakiej stoi dziecko.

Wydanie z 2019 roku wprowadziło jeszcze jedną zmianę, która wynika wprost z sił odśrodkowych: wymagania dotyczące zakleszczeń stosuje się do wszystkich otworów i prześwitów w obracającej się konstrukcji, niezależnie od wysokości, na jakiej się znajdują. W nieruchomym urządzeniu część tych wymagań obowiązuje dopiero powyżej 600 albo 1000 mm nad ziemią. W karuzeli nie, bo dziecko nie opada w szczelinę pod własnym ciężarem, tylko jest w nią wciskane siłą obrotu.

Nośność też wiąże się z prędkością, choć pośrednio. Liczbę użytkowników norma wyznacza na dwa sposoby, albo równa się ona liczbie stanowisk użytkownika, albo wynika z obliczenia według załącznika do części 1. Obciążenie sprawdza się dwa razy: rozłożone na całym urządzeniu oraz skupione na jednej połowie. Ten drugi przypadek to karuzela, na której wszyscy siedzą z jednej strony, i właśnie ten układ jest dla konstrukcji nośnej najtrudniejszy. Przełożenie kilogramów na liczbę dzieci jest w tekście o nośności karuzeli.

Czy można spowolnić karuzelę?

Mechanicznie nie, i norma tego nie wymaga. Osłony napędu EN 1176-5:2019 nakazuje tylko karuzelom typu D, prowadzonym po torze, z napędem korbowym albo pedałowym. Dla karuzeli obrotowej napędzanej rękami i nogami dzieci nie ma w tej normie ani wymogu hamulca, ani ogranicznika obrotów. Pięć rzeczy, które działają zamiast tego, w kolejności, którą uznajemy za skuteczną na podstawie własnej praktyki:

1. Nawierzchnia amortyzująca o krytycznej wysokości upadku dobranej do urządzenia. Nie zmniejsza prędkości, ale zmienia skutek upadku, a to jedyny parametr, na który masz pełny wpływ po montażu.
2. Pełne 2 metry wolnej przestrzeni wokół obrysu, bez ławki, kosza, słupka i drugiego urządzenia. Strefy przyziemienia karuzel typów A, B, C i E nie mogą się pokrywać ze strefami innych urządzeń, więc nie da się tego miejsca zaoszczędzić przez zbliżenie konstrukcji.
3. Dobór typu urządzenia do wieku. Karuzela z obrotowymi siedziskami, w której dziecko siedzi i trzyma się uchwytu przy sobie, zachowuje się inaczej niż platforma, na której można stać i rozpędzać się nogą.
4. Lokalizacja poza trasą, którą starsze dzieci przechodzą przez plac. Urządzenie przy wejściu zbiera wszystkich, urządzenie w głębi placu zbiera tych, którzy po nie przyszli.
5. Regulamin na tablicy z przedziałem wieku i dopuszczalną liczbą osób, plus nadzór tam, gdzie jest obowiązkowy. Działa najsłabiej z tej listy, ale po zdarzeniu pyta o niego ubezpieczyciel i kontrola. Co wpisać na tablicę, opisaliśmy w tekście o regulaminie placu zabaw.

Czego nie robić: podkładania czegokolwiek pod platformę, dorabiania własnych oporów ani przeróbek węzła obrotowego poza instrukcją producenta. Sztuczne zwiększenie oporu zmienia charakterystykę urządzenia poza dokumentacją i kontroler ma podstawę, żeby opisać to w protokole jako zmianę bez oparcia w dokumentacji. Po zdarzeniu na takim urządzeniu trudno powołać się na dokumentację producenta, a kto odpowiada, zależy od okoliczności zdarzenia. Rozpisaliśmy to w tekście o tym, kto odpowiada za wypadek na placu zabaw.

Co zrobić, gdy starsze dzieci rozpędzają karuzelę dla młodszych?

Scenariusz, w którym prędkość przestaje być pytaniem teoretycznym, wygląda tak: trzynastolatek rozpędza platformę, na której siedzi czterolatek. Lżejsze dziecko potrzebuje mniejszej siły, żeby się utrzymać, ale przyspieszenie działa na nie takie samo, a uchwyt czterolatka jest słabszy od uchwytu tego, kto kręci.

Pierwsza decyzja jest zakupowa i podejmuje się ją raz. Przedział wieku na tabliczce znamionowej wynika z konstrukcji: wysokości wejścia, rozmieszczenia uchwytów, prześwitów. Karuzela Krzyżowa jest przeznaczona dla dzieci 3-12 lat, Karuzela Kołowa Trzmiel i Karuzela Tarczowa dla 3-14 lat. Na placu, gdzie bawią się obie grupy, dwa urządzenia różnych typów rozwiązują problem lepiej niż dwa takie same, bo rozdzielają dzieci zamiast je zbierać w jednym punkcie. Różnice między konstrukcjami zestawiliśmy w tekście karuzela kołowa, krzyżowa czy tarczowa.

Druga decyzja jest terenowa. Na placu przyszkolnym urządzenie obrotowe dla klas młodszych powinno stać po przeciwnej stronie niż boisko i wyjście, żeby starsi nie przechodzili przez jego strefę. Dobór urządzeń do dwóch grup wiekowych w jednej szkole opisaliśmy w tekście o placu zabaw przy szkole podstawowej.

Trzecia jest organizacyjna i nie ma dla niej zamiennika. Zakaz na tablicy nie zatrzymuje trzynastolatka, dyżur nauczyciela przy urządzeniu obrotowym zatrzymuje. Jeśli na przerwie nikt tam nie stoi, karuzela będzie chodziła z prędkością, którą ustalą najsilniejsze dzieci na placu.

Co widać przy przeglądzie, gdy karuzela chodzi za szybko

Urządzenie, które rozpędza się łatwiej niż rok temu i kręci się dłużej po puszczeniu, ma mniejszy opór ruchu obrotowego, niż miało na starcie. Samo w sobie nie jest to usterka, ale zmienia prędkość, jaką dzieci osiągają tym samym wysiłkiem. PN-EN 1176-7 przewiduje kontrolę funkcjonalną co 1-3 miesiące, a zakres czynności przy konkretnym urządzeniu podaje jego instrukcja. My przy tej okazji oglądamy cztery rzeczy: luz poprzeczny na osi, hałas i szarpanie przy obrocie, stan połączeń śrubowych uchwytów oraz to, czy prześwit nad gruntem nie zmienił się po osiadaniu nawierzchni sypkiej.

Ostatni punkt bywa pomijany: przy nawierzchni z piasku albo zrębków prześwit mierzy się od poziomu placu, więc ubytek warstwy pod platformą przesuwa wymiar w stronę zakresu niedopuszczalnego. Zakres czynności i harmonogram rozpisaliśmy w tekstach o konserwacji karuzeli i przeglądach placu zabaw.