Людська рука має силу розколювати дерев’яні дошки та руйнувати бетонні блоки. Тріо фізиків дослідило, чому цей подвиг не трощить наші кістки.
Наприкінці 1970-х років команда фізиків-любителів карате вирішила провести експеримент, натхненний їхньою спільною пристрастю до бойових мистецтв. Група складалася з фізика Майкла Фелда, коричневого поясу, який любив ілюструвати фізику карате за допомогою живих демонстрацій на своїх уроках у Массачусетському технологічному інституті. В команді також були Рональд Макнейр, майбутній астронавт і володар чорного поясу п’ятого ступеня та студент Стівен Вілк.
«Знайоме зображення експерта з карате, який голою рукою ламає міцні дерев’яні та бетонні плити», — так починається стаття Фельда, Макнейра та Вілка 1979 року. Трійця хотіла знати: як можна голою рукою зруйнувати міцний дерев’яний або бетонний блок без травм?
Як виявилося, тут немає жодного підступу — ідеальний удар карате — це не що інше, як точне застосування законів Ньютона.
Фельд, Макнейр і Вілк помістили дерево і бетон в гідравлічний прес, щоб визначити величину сили, необхідної для появи тріщини у нижній частини предметів. Дерев’яна дошка може зігнутися приблизно на один сантиметр, перш ніж зламається, для чого потрібна сила 500 ньютонів . Бетонні блоки потрібно відхилити лише на один міліметр, перш ніж зламатися, але оскільки матеріал гірше згинається, ніж дерево, це зміщення вимагає від 2500 до 3000 ньютонів. І оскільки під час зіткнення втрачається деяка енергія, кулаку потрібно докласти навіть більше сили, щоб справді розбити блоки.
На щастя, людська рука здатна генерувати дуже високу силу за дуже короткий проміжок часу. Удар від типового удару триває лише близько п’яти мілісекунд. Завдяки поєднанню теорії та експерименту команда виявила, що протягом цього короткого спалаху часу «рука каратиста або того, хто практикує карате, може… докласти сили понад 3000 ньютонів». Модель команди показує, що рука повинна досягати швидкості 6,1 метра в секунду, щоб зламати дерево, і 10,6 метра в секунду, щоб зламати бетон.
«Такі швидкості узгоджуються з нашими спостереженнями, що новачки можуть зламати дерево, але не бетон, — пишуть вони. – Швидкість руки 6,1 метра на секунду в межах діапазону для початківця, але швидкість 10,6 метра на секунду вимагає тренувань і практики».
Під час розслідування Фельд і Макнейр змогли продемонструвати свої навички бойових мистецтв. Обох сфотографували під час того, як вони ударяють рукою об купу дерев’яних дощок зі швидкістю 120 кадрів на секунду. Це дозволило їм виміряти переміщення, швидкість і прискорення різних частин кулака. Ці фотографії показали, що кулак стискається і викривляється «до такої міри, що навряд чи поводиться як твердий об’єкт».
Очевидне подальше запитання: «Як так, що рука каратиста не роздроблена силою удару каратиста?»
Тут на допомогу прийшла анатомія: людська кістка в п’ять разів твердіша за бетон і її в п’ятдесят разів важче зламати (для успішного розрізання стегнової кістки карате знадобиться сила, яка перевищує 25 000 ньютонів).
Кістки руки легко поглинають навантаження від удару. Звичайно, справжню силу забезпечує техніка, а не сила. Для успішного удару необхідно потрапити в дошку точно в центр. За умови достатнього тренування карате максимально репрезентує людське тіло, пише група, і «Потрібна точність… робить карате не лише відмінною фізичною дисципліною, а й розумовою».
За матеріалами: jstor
