Человеческая рука может раскалывать деревянные доски и разрушать бетонные блоки. Трио физиков исследовало, почему этот подвиг не крушит наши кости.
В конце 1970-х годов команда физиков-любителей каратэ решила провести эксперимент, вдохновленный их общим пристрастием к боевым искусствам. Группа состояла из коричневого пояса Майкла Фелда, который любил иллюстрировать физику каратэ с помощью живых демонстраций на своих уроках в Массачусетском технологическом институте. В команде также были Рональд Макнейр, будущий астронавт и обладатель черного пояса пятой ступени и студент Стивен Уилк.
«Знакомое изображение эксперта по каратэ, голой рукой ломающей прочные деревянные и бетонные плиты», — так начинается статья Фельда, Макнейра и Вилка в 1979 году. Троица хотела знать: как можно голой рукой разрушить крепкий деревянный или бетонный блок без травм?
Как оказалось, здесь нет ни одного подвоха – идеальный удар каратэ – это не что иное, как точное применение законов Ньютона.
Фельд, Макнейр и Уилк поместили дерево и бетон в гидравлический пресс, чтобы определить величину силы, необходимой для появления трещины в нижней части предметов. Деревянная доска может согнуть примерно на один сантиметр, прежде чем сломается, для чего нужна сила 500 ньютонов. Бетонные блоки нужно отклонить всего на один миллиметр, прежде чем сломаться, но поскольку материал хуже изгибается, чем дерево, это смещение требует от 2500 до 3000 ньютонов. И поскольку при столкновении теряется некоторая энергия, кулаку нужно приложить даже больше силы, чтобы действительно разбить блоки.
К счастью, человеческая рука способна генерировать очень высокую силу за очень короткий промежуток времени. Удар от типичного удара длится около пяти миллисекунд. Благодаря сочетанию теории и эксперимента команда обнаружила, что в течение этой короткой вспышки времени «рука каратиста или практикующего каратэ может… приложить силы более 3000 ньютонов». Модель команды показывает, что рука должна достигать скорости 6,1 метра в секунду, чтобы сломать дерево и 10,6 метра в секунду, чтобы сломать бетон.
«Такие скорости согласуются с нашими наблюдениями, что новички могут сломать дерево, но не бетон, – пишут они. – Скорость руки 6,1 метра в секунду в пределах диапазона для начинающего, но скорость 10,6 метра в секунду требует тренировок и практики».
В ходе расследования Фельд и Макнейр смогли продемонстрировать свои навыки боевых искусств. Оба сфотографировали во время того, как они ударяют рукой о кучу деревянных досок со скоростью 120 кадров в секунду. Это позволило им измерить перемещение, скорость и ускорение разных частей кулака. Эти фотографии показали, что кулак сжимается и искажается «до такой степени, что вряд ли ведет себя как жесткий объект».
Очевидный вопрос: «Как так, что рука каратиста не раздроблена силой удара каратиста?»
Здесь на помощь пришла анатомия: человеческая кость в пять раз твердее бетона и ее в пятьдесят раз труднее сломать (для успешного разрезания бедренной кости каратэ понадобится сила, превышающая 25 000 ньютонов).
Кости руки легко поглощают нагрузку от удара. Конечно, подлинную силу обеспечивает техника, а не сила. Для удачного удара нужно попасть в доску точно в центр. При достаточной тренировке каратэ максимально представляет человеческое тело, пишет группа, и «Нужна точность… делает каратэ не только отличной физической дисциплиной, но и умственной».
По материалам: jstor
