От чего зависит продолжительность удара. Метод определения длительности удара

Сила удара — импульс, скорость, техника и упражнения на взрывную силу для бойцов

Выпуск снят в фитнес-клубе Лидер-Спорт

Организатор турнира по силе удара Панчер, мастер спорта по пауэрлифтингу, многократный чемпион и рекордсмен Петербурга по жиму лежа Павел Бадыров продолжает рассуждать о силе удара, скорости удара, а также показывает упражнения на взрывную силу для бойцов.

Удар

Удар — кратковременное взаимодействие тел, при котором происходит перераспределение кинетической энергии. Часто носит разрушительный для взаимодействующих тел характер. В физике под ударом понимают такой тип взаимодействия движущихся тел, при котором временем взаимодействия можно пренебречь.

Физическая абстракция

При ударе выполняется закон сохранения импульса и закон сохранения момента импульса, но обычно не выполняется закон сохранения механической энергии. Предполагается, что за время удара действием внешних сил можно пренебречь, тогда полный импульс тел при ударе сохраняется, в противном случае нужно учитывать импульс внешних сил. Часть энергии обычно уходит на нагрев тел и звук.

Результат столкновения двух тел можно полностью рассчитать, если известно их движение до удара и механическая энергия после удара. Обычно рассматривают либо абсолютно упругий удар, либо вводят коэффициент сохранения энергии k, как отношение кинетической энергии после удара к кинетической энергии до удара при ударе одного тела о неподвижную стенку, сделанную из материала другого тела. Таким образом, k является характеристикой материала, из которого изготовлены тела, и (предположительно) не зависит от остальных параметров тел (формы, скорости и т. п.).

Как понимать силу удара в килограммах

Импульс движущегося тела p=mV.

При торможении о препятствие этот импульс «гасится» импульсом силы сопротивления p=Ft (сила вообще не постоянная, но можно взять какое-то среднее значение).

Получаем, что F = mV / t — сила, с которой препятствие тормозит движущееся тело, и (по третьему закону Ньютона) движущееся тело действует на препятствие, т. е. сила удара:
F = mV / t, где t — время удара.

Килограмм-сила — просто старая единица измерения — 1 кгс (или кГ) = 9,8 Н, т. е. это вес тела массой 1 кг.
Для пересчёта достаточно силу в ньютонах разделить на ускорение свободного падения.

ЕЩЁ РАЗ О СИЛЕ УДАРА

Абсолютное большинство людей даже с высшим техническим образованием смутно представляют, что такое сила удара и от чего она может зависеть. Кто-то считает, что сила удара определяется импульсом или энергией, а кто-то – давлением. Одни путают сильные удары с ударами, приводящими к травмам, а другие считают, что силу удара надо измерять в единицах давления. Попробуем внести ясность в эту тему.

Сила удара, как и любая другая сила, измеряется в Ньютонах (Н) и килограмм-силах (кгс). Один Ньютон – это сила, благодаря которой тело массой 1 кг получает ускорение 1 м/с2. Одна кгс – это сила, которая сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 g = 9,81 м/с2 (g – ускорение свободного падения). Поэтому 1 кгс = 9,81 Н. Вес тела массой m определяется силой притяжения Р, с которой он давит на опору: P = mg. Если масса Вашего тела 80 кг, то Ваш вес, определяемый силой тяжести или притяжением, P = 80 кгс. Но в просторечье говорят «мой вес 80 кг», и всем всё понятно. Поэтому часто о силе удара тоже говорят, что он составляет сколько-то кг, а подразумевается кгс.

Сила удара, в отличие от силы тяжести, достаточно кратковременна по времени. Форма ударного импульса (при простых столкновениях) колоколообразна и симметрична. В случае удара человека по мишени форма импульса не симметрична – она резко нарастает и относительно медленно и волнообразно падает. Общая длительность импульса определяется вложенной в удар массой, а время нарастания импульса определяется массой ударной конечности. Когда мы говорим о силе удара, мы всегда подразумеваем не среднее, а максимальное её значение в процессе соударения.

Бросим не очень сильно стакан в стенку, чтобы он разбился. Если он попал в ковёр, он может и не разбиться. Чтобы он разбился наверняка, надо увеличить силу броска, чтобы увеличить скорость стакана. В случае со стенкой – удар получился сильнее, так как стенка жёстче, и поэтому стакан разбился. Как мы видим, сила, действующая на стакан, оказалась зависящей не только от силы вашего броска, но также и от жёсткости места, куда попал стакан.

Так и удар человека. Только бросаем мы в мишень свою руку и часть тела, участвующую в ударе. Как показали исследования (см. «Физико-математическую модель удара»), часть тела, участвующая в ударе, на силу произведённого удара влияет мало, так как очень низка её скорость, хотя эта масса значительна (достигает половины массы тела). Но сила удара оказалась пропорциональна этой массе. Вывод простой: сила удара зависит от массы, участвующей в ударе, только косвенно, так как с помощью как раз этой массы происходит разгон нашей ударной конечности (руки или ноги) до максимальных скоростей. Также не забудьте, что импульс и энергия, сообщённая мишени при ударе, в основном (на 50–70%) определяется как раз именно этой массой.

Вернёмся к силе удара. Сила удара (F) в конечном счёте зависит от массы (m), размеров (S) и скорости (v) ударной конечности, а также от массы (M) и жёсткости (K) мишени. Основная формула силы удара по упругой мишени:

Из формулы видно, что чем легче мишень (мешок), тем меньше сила удара. Для мешка весом 20 кг по сравнению с мешком 100 кг сила удара уменьшается только на 10%. Но для мешков 6–8 кг сила удара уже падает на 25–30%. Понятно, что, ударив по воздушному шарику, какой-либо значительной величины мы вообще не получим.

Следующую информацию Вам придётся в основном принять на веру.

1. Прямой удар – не самый сильный из ударов, хотя и требует хорошей техники исполнения и особенно чувства дистанции. Хотя есть спортсмены, которые не умеют бить боковой, зато, как правило, прямой удар у них очень силён.

2. Сила бокового удара за счёт скорости ударной конечности всегда выше, чем прямого. Причём при поставленном ударе эта разница достигает 30–50%. Поэтому боковые удары, как правило, самые нокаутирующие.

3. Удар наотмашь (типа бэкфиста с разворотом) – самый лёгкий по технике исполнения и не требующий хорошей физической подготовки, практически самый сильный среди ударов рукой, особенно если ударяющий находится в хорошей физической форме. Только надо понимать, что его сила определяется большой контактной поверхностью, что легко достижимо на мягком мешке, а в реальном бою по той же причине при нанесении ударов по жёсткой сложной поверхности площадь контакта сильно уменьшается, сила удара резко падает, и он оказывается мало эффективным. Поэтому в бою требует ещё высокой точности, что совсем не просто реализовать.

Ещё раз подчеркнем, что удары рассмотрены с позиции силы, причём по мягкому и большому мешку, а не по величине наносимых повреждений.

Снарядные перчатки ослабляют удары на 3–7%.

Перчатки, используемые для соревнований, ослабляют удары на 15–25%.

Для ориентира результаты измерений силы поставленных ударов должны быть следующими:

Возможно вас заинтересует и это:

На этом все, ставьте лайки, делайте репосты — желаю вам успехов в ваших тренировках!

#уроки_бокса

Сила удара — импульс, скорость, техника и упражнения на взрывную силу для бойцов от Павла Бадырова обновлено: Январь 6, 2018 автором: Boxingguru

Механизм воздействия удара. В механике абсолютно твердоготвёрдого тела удар рассматривается как скачкообразный процесс, продолжительность которого бесконечно мала. Во время удара в точке соприкосновения соударяющихся тел возникают большие, но мгновенно действующие силы, приводящие к конечному изменению количества движения. В реальных системах всегда действуют конечные силы в течение конечного интервала времени, и соударение двух движущихся тел связано с их деформацией вблизи точки соприкосновения и распространением волны сжатия внутри этих тел. Продолжительность удара зависит от многих физических факторов: упругих характеристик материалов соударяющихся тел, их формы и размеров, относительной скорости сближения и т.д.

Изменение ускорения во времени принято называть импульсом ударного ускорения или ударным импульсом, а закон изменения ускорения во времени - формой ударного импульса. К основным параметрам ударного импульса относят пиковое ударное ускорение (перегрузку), длительность действия ударного ускорения и форму импульса.

Различают три основных вида реакции изделий на ударные нагрузки:

* баллистический (квазиамортизационный) режим возбуждения (период собственных колебаний ЭУ больше длительности импульса возбуждения);

* квазирезонанансный режим возбуждения (период собственных колебаний ЭУ примерно равен длительности импульса возбуждения);

* статический режим возбуждения (период собственных колебаний ЭУ меньше длительности импульса возбуждения).

При баллистическом режиме максимальное значение ускорения ЭУ всегда меньше пикового ускорения воздействующего ударного импульса. КвазирезонанасныйКвазирезонансный режим возбуждения наиболее жесткийжёсткий по величине возбуждаемых ускорений (m более 1). При статическом режиме возбуждения отклик ЭУ полностью повторяет воздействующий импульс (m=1), результаты испытаний не зависят от формы и длительности импульса. Испытания в статической области эквивалентны испытаниям на воздействие линейного ускорения, т.к. его можно рассматривать как удар бесконечной длительности.

Испытания на ударную нагрузку проводят в квазирезонансном режиме возбуждения. Ударную прочность оценивают по целостности конструкции ЭУ (отсутствие трещин, сколов).

Испытания на ударную устойчивость проводят после испытаний на ударную прочность под электрической нагрузкой для проверки способности ЭУ выполнять свои функции в условиях действия механических ударов.

Помимо механических ударных стендов применяют электродинамические и пневматические ударные стенды. В электродинамических стендах через катушку возбуждения подвижной системы пропускают импульс тока, амплитуда и длительность которого определяют параметры ударного импульса. На пневматических стендах ударное ускорение получают при соударении стола со снарядом, выпущенным из пневматической пушки.

Характеристики ударных стендов изменяются в широких пределах: грузоподъемностьгрузоподъёмность – от 1 до 500 кг, число ударов в минуту (регулируется) – от 5 до 120, максимальное ускорение – от 200 до 6000 g, длительность ударов – от 0,4 до 40 мс.

Пульс - здоровье, продолжительность жизни, старение и бессмертие.

Пульс (pulse) это толчки в кровеносных сосудах от ударов нашего сердца, а размер и характер работы, от них, как от главного маятника зависит вся наша жизнь, определяют продолжительность жизни, здоровье, старение и бессмертие. Частота пульса и размер сердца, дают скорость жизни, ее продолжительность и старение. Сердце живых организмов, совершенные и точные механизмы времени и измерители скорости жизни. Уникальные точность, возможности сердца люди, тысячи лет, пытались воспроизвести в виде водяных, песочных или механических часов. Информация закодированная и встроенная в гены, хромосомы, организмы и популяции, от интенсивности и уровня работы, которых зависят процветание, продолжительность жизни и срок их службы.

З ависимость характера пульса и работы сердца от импульса, раздражителя или условий, легли в основу пульсовой диагностики, определения и управления состоянием организма, спортивных переспектив, репродуктивных свойств, глубины тонуса и возможной продолжительности жизни.

Нормальный пульс здорового человека должен быть 65-75 уд. в мин., его уровень для среднего веса, не должно меняться, темп старения и продолжительность жизни в 25 и 100 лет, зависят от оптимального и гармоничного пульса. Частота пульса человека в покое, бывает от 30 до 200 уд. в мин. и более , меняет масса, возраст, время суток, тренированность, привычки и образ жизни. Частоту биения и размер сердца, меняют болезни человека и организма, пониженный пульс при брадикардии, увеличивает сердце, а повышенный пульс при тахикардии, уменьшает размер.

Частота пульса и характер показывают, количество здоровья, физическое состояние и размер - это сила, скорость, выносливость и весо - ростовые особенности организма. Птицы и животные в домашних условиях, живут гараздо больше, чем их вольные собратья на природе, иногда эта разница отличается в разы, меняются и снижаются их уровень обмена и растет их размер.

Пульс калибри в полете к примеру составляет 1 200 ударов в минуту, в покое 500 ударов, а в оцепинении всего 50 ударов. А пульс крокодила в норме сотавляет 25-40 ударов в минуту, а в состоянии оцепенения 1-5 ударов в зависимости от массы. Калибри живут 1 - 2 года, некоторые виды до 9 лет, крокодилы 5 - 8 лет, некоторые виды могут прожить до 100 лет, а киты живут 30 - 50 лет, некоторые виды китов до 200 лет и более.

Биохимия организма и работа органов меняется уже через секунды после воздействия, а пульс изменяет свою работу через доли секунд, меняя пропорции веществ и здоровье, приоритеты и характер адаптации, уровень старения и будущую продолжительность жизни или бессмертия.

За счет изменения так называемой вариабельности, разные виды могут снижать энергетические траты, при смене внешних условий и среды, показав рекорды выносливости и скорости, в борьбе за выживание. Крокодил может обходиться без пищи год и более, а детеныши антилопы и газели состязаются в скорости с гепардом уже через несколько дней и даже часв, после рождения.

Человек конечно не мог обходится без пищи месяцы и тем более год, как крокодил, но реакция и адаптация, тоже могут менятся в широких пределах, как и колебания пульса при этом. Так при охлаждении пульс замедляется, а при выполнении работы или болезни резко возрастает. Чем сильнее эти колебания тем обычно выше глубина тонуса организма и уровень обмена.

Продолжительность жизни зависит от генов конкретного организма, пульса и уровеня обмена. Чем больше масса вида организма тем выше продолжительность жизни, замечено, чем ниже естественная температура организма, тем она выше. Достаточно снизить температуру ниже на полтора - два градуса, от естественной температуры в 36,6 градусов, человеку с оптимальной массой, это снизит старение и увеличит продолжительность жизни на десятки лет и более. Стоит оговориться, каждый вид имеет свою оптимальную массу. Для людей в зависимости от пола и роста, это от 55 до 85 килограмм, выход за эти пределы сокращает продолжительность жизни.

Обьективно любое превышение за 60 килограмм это уже недостаток, а разница средней массы, что зависит от пола, не должна превышать 20 - 25 кг. Замечено, люди чей вес и рост ниже, у них меньше фон болезней нервов, рака, диабета и так далее, что связано с лучшей работой имунной системы и более высоким качеством тканей и уровнем регенерации, что падают с ростом массы.

Высокая продолжительность жизни человека в среднем на уровне 70 - 80 лет, а в иных случаях до 100 лет и более. Медленный темп старения в сравнении с животными - плата за утрату уровня обмена. Следствие, мы болеем болезнями, многих из которых нет в животном мире и должны мириться с большим сроком восстановления функций органов и организма после болезней, травм и работы. Пример, некоторые насекомые за полчаса восстановят повреждения несовместимые с жизнью, а сорванный цветок растения может пройти полный цикл до образования полноценных семян, чего не дано человеку. Человек вынужден ухаживать за своими детьми до 18-20 и более лет до их полной приспособленности к самостоятельной жизни, это тот срок к которому все основные виды животных уже заканчивают свой жизненный цикл.

Надо понимать, что основные регуляторы находятся в нашем мозге, это маленькие отделы - тимус, эпифиз и наиболее важный гипоталамус, от работы которых, зависят все наши функции в том числе и пульс. Это органы от работы которых, зависят выработка гормонов молодости и жизни, особенно важный из них гонадотропный гормон, известный как гормон роста. Эпифиз вырабатывает мелатонин и серотонин. Мелотонин задает режим сна, отдыха и продолжительность жизни, а серотонин отвечает за физический рост и хорошее настроение. Чем больше гормонов на единицу массы, тем выше уровень здоровья, а падение их величин, ведут к болезни, ухудшая управление органами и тканями. Это обычная ситуация, возникновения и развития рака, снижение качества тканей, когда здоровье организма измеряют наиболее слабым или худшим органом.

Известно, при выработке гормонов , во время сна темперутура тела человека падает, а частота пульса в стадии быстрого сна растет, можно делать вывод - продолжительность жизни зависит от количества и качества сна. Увеличив длительность и качество сна, можно управлять, выработкой гормонов, ростом продолжительности жизни и другими процессами и функциями организма.

В природе животные впадают в оцепенение и длительный сон, найдя полную безопастность, стабильные и комфортные условия, глубоко в земле или на потолке пещер и вдали от действия солнца. В крайнем случае за счет тени высоко на дереве, обеспечивая организму предельную расслабленность и прототип необходимой биохимии, снижая пульс. Получается, самые плохие условия внешней среды, животные превращают, в самое большое преимущество, то есть в выработку гармонов, переходя в оцепенение или длительный сон и утрачивая массу.

Самое интересное, иногда люди в некоторых ситуациях тоже впадают в длительный сон и даже в оцепенение переставая стариться, известны многочисленные случаи литаргического сна и даже случай оцепенения. Хамба лама вошел в это состояние в 1927 году, по завещанию которого в 2002 году его вытащили из могилы, когда ему было 160 лет и он дышал, седце билось с частотой 2 удара в минуту, а биологический возраст по оценкам ученых составлял 75 лет. Сейчас он скорее всего умер, из-за того, что некому помочь вывести его из анабиоза, так как в силу разных причин не осталось в живых никого из его учеников и последователей.

Придавая и нашему организму расслабленность, комфорт и идеальную биохимию, стимулируя выработку или вводя готовые гормоны, можно получить увеличение продолжительности жизни, меняя пульс в соответствии с внешним воздействием в фазе и интересах организма, воспроизведя по существу средство макропулоса.

Ученые заметили, что высокий IQ - уровень интеллекта залог высокой продолжительности жизни, так обладатели IQ - 85 доживают до 80 лет, а с IQ - 115 живут более 100 лет, объясняют это более высокой стрессоустойчивостью людей с более высоким интеллектом. Но скорее всего сам высокий IQ и высокая продолжительность жизни связаны между собой особенностью генетики, типом биохимии и характеристиками сердца и пульса.

Статистика показывает то, что именно нервные и перевозбужденные люди часто болеют и сокращают жизнь из за истощения резервов самых ценных компонентов организма. Для популяции важна благоприятность внешней среды, чем тяжелее внешние условия, тем короче период между поколениями. Так с появлением комфортных условий средняя продолжительность жизни людей выросла в три раза.

Замечена четкая зависимость между работоспособностью, продуктивностью, репродукцией с одной стороны и продолжительностью жизни с другой. Чем выше любой компонент первой части и чем выше пульс или меньше масса тела, тем ниже продолжительность жизни. Особое место занимает в продолжительности жизни репродуктивность, может быть поэтому боги, которые в мифах жили вечно, но не могли иметь детей.

Необходимо обратить внимание на то, что каждый вид живого организма в том числе и нашего имеет свои оптимальные значения пульса и массы, выход за педелы которых вызывает различные болезни и сокращение продолжительности жизни. Не для кого не секрет, что люди чей рост выше 195 сантиметров, живут 30 - 50 лет то есть значительно меньше тех у кого рост меньше 180 сантиметров, которые живут 60 - 100 лет, а иногда и более.

Одно из самых сокровенных желаний любого человека жить вечно, в связи с этими устремлениями великие умы, опыпные специалисты и алхимики тысячелетиями искали элексир или код бессмертия. В последнее время этот поиск привел к ничем неприметному микроскопическому подвиду медуз туринопсис нутрикула размером всего 5 милиметров. Оказалось что они действительно бессмертны и способны прожить тысячу лет. А код бессмертия или молодости содержится в биохимии их организма. Они способны возращать себе молодость впрыснув какое то вещество после размножения и достижения определенного предела биоритмов. С этого момента начинается омоложение, поворачиваясь в обратную сторону от взрослого состояния к личиночной форме, достигая стадии личиночного полипа, опять в сторону взрослого организма. Так продолжается сколько угодно раз, а фактически вечно, если они не будут уничтожены физически, к примеру хищником.

Для повышения продолжительности жизни и необходимой биохимии с пульсом в один - два удара в минуту, правильнее вводить организм в транс или оцепенение вместо того, чтобы его замораживать и повреждать клетки. Учитывая то, что в ограниченном пространстве можно создать фактически любые условия в тысячи или милионы раз отличающиеся по величине от внешнего воздействия, то характер сна или оцепенения тоже можно создать вполне комфортное и гармоничное для конкретного организма. Это крайне важно при перелетах за пределы солнечной системы, где необходимо сохранить внутреннее постоянство биохимии, где особенно важен фон кальция и калия, но и существуют ограничение массы, когда криоустановки окажутся непозволительной роскошью.

Необходимо только воссоздать условия, чтобы достичь вечную молодость и бессмертие.

С незапамятных времен люди ломают голову для чего предназначались мегалитические дольмены. И все в схожих чертах описывают их устройство, это обычно четыре каменных тщательно подогнанных к друг другу камня, одно из которых имеет отверстие, а сверху прикрыто пятым камнем. Всё вместе иногда с шестым камнем предназначенным для пола, образует помещение, с закрывающей отверстие тщательно подогнанной пробкой.

Напрашивается вывод попавший внутрь человек и тем более закрывшись заглушкой собирался от чего-то отгородиться. От чего же? В данном исполнении один наиболее подходящий вывод от внешнего воздействия и в первую очередь от солнца, как помещают высокоточные приборы глубоко под землю, чтобы поднять их чувствительность. Дальмены скорее всего - это своего рода святилище, для достижения просветления и транса с пульсом в несколько ударов в минуту, где каждый в зависимости, на что заточен его мозг, мог получить своё сокровенное.

Кельи в манастырях монахов предназначены для тех же целей, только 10 000 лет назад люди подошли к этому, более основательно и монументально, учитывая взаимодействия природы, живого организма и законы физики. В таком исполнении сооружения и краснодарские дольмены, непременно позволяли поднять чувствительность и подготовить мозг для вхождения в транс. К примеру для связи с духами умерших и подключались к иформационному полю, что позволяло проскопию и ретроскопию - увидеть будущее и прошлое. Кроме этого просто отключали сь от земных проблем и прошлого, чтобы полноценно отдохнуть и начать новую жизнь.

Наши предки дали дольмены, способ и устройство для наиболее короткого пути, достижения гармонии и совершенства, а "технику" и "школу", нам необходимо восстановить самим.

МЕХАНИЧЕСКИЙ УДАР

Нижний Новгород
2013 год

Лабораторная работа № 1-21

Механический удар

Цель работы : Ознакомиться с элементами теории механического удара и экспериментально определить время удара , среднюю силу удара F , коэффициент восстановления Е , а также изучить основные характеристики удара и ознакомиться с цифровыми приборами для измерения временного интервалов.

Теоретическая часть

Ударом называется изменения состояния движения тела, вследствие кратковременного взаимодействия его с другим телом. Во время удара оба тела претерпевают изменения формы (деформацию). Сущность упругого удара заключается в том, что кинетическая энергия относительного движения соударяющихся тел, за короткое время, преобразуется в энергию упругой деформации или в той или иной степени в энергию молекулярного движения. В процессе удара происходит перераспределение энергии между соударяющимися телами.

Пусть на плоскую поверхность массивной пластины падает шар с некоторой скоростью V 1 и отскакивает от нее со скоростью V 2 ­­.

Обозначим – нормальные и тангенциальные составляющие скоростей и , а и – соответственно углы падения и отражения. В идеальном случае при абсолютно упругом ударе, нормальные составляющие скоростей падения и отражения и их касательные составляющие были бы равны ; . При ударе всегда происходит частичная потеря механической энергии. Отношение как нормальных, так и тангенциальных составляющих скорости после удара к составляющим скорости до удара есть физическая характеристика, зависящая от природы сталкивающихся тел.

Эту характеристику Е называют коэффициентом восстановления. Числовое значение его лежит между 0 и 1.

Определение средней силы удара,

Начальной и конечной скоростей шарика при ударе

Экспериментальная установка состоит из стального шарика А, подвешенного на проводящих нитях, и неподвижного тела В большей массы, с которым шарик соударяется. Угол отклонения подвеса α измеряется по шкале. В момент удара на шар массой m действует сила тяжести со стороны Земли , сила реакции со стороны нити и средняя сила удара со стороны тела В (см. рис.2.).

На основании теоремы об изменении импульса материальной точки:

где и – векторы скоростей шара до и после удара; τ – длительность удара.

После проектирования уравнения (2) на горизонтальную ось определим среднюю силу удара:

(3)

Скорости шарика V 1 и V 2 определяются на основании закона сохранения и превращения энергии. Изменение механической энергии системы, образованной шариком и неподвижным телом В, в поле тяготения Земли определятся суммарной работой всех внешних и внутренних не потенциальных сил. Поскольку внешняя сила перпендикулярна перемещению и нить нерастяжима, то эта сила работы не совершает, внешняя сила и внутренняя сила упругого взаимодействия – потенциальны. Если эти силы много больше других не потенциальных сил, то полная механическая энергия выбранной системы не меняется. Поэтому, уравнение баланса энергии можно записать в виде:

(4)

Из чертежа (рис. 2) следует, что , тогда из уравнения (4) получим значения начальной V 1 и конечной V 2 скоростей шарика:

(5)

где и - углы отклонения шара до и после соударения.

Метод определения длительности удара

В данной работе длительность удара шарика о плиту определяется частотомером Ч3-54, функциональная схема которого представлена на рис.3. С генератора подается на вход системы управления СУ импульсы с периодом Т. Когда в процессе соударения металлической плиты В, электрическая цепь, образованная СУ, проводящими нитями подвеса шара, шаром, плитой В и счетчиком импульсов С ч, оказывается замкнутой, и система управления СУ пропускает на вход счетчика С ч импульсы электрического тока только в интервале времени , равном времени длительности удара. Число импульсов, зарегистрированных за время , равно , откуда .

Чтобы определить длительность удара , необходимо число импульсов, зарегистрированных счетчиком, умножить на период импульсов, снимаемых с генератора Г.

Экспериментальная часть

Исходные данные:

1. Масса шарика m = (16,7 ± 0,1)*10 -3 кг.

2. Длина нити l = 0,31 ± 0,01 м.

3. Ускорение свободного падения g = (9,81 ± 0,005) м/с 2 .

4. Опыт для каждого угла выполняем 5 раз.

Результаты опыта занесем в таблицу:

Расчёты

=20 0 мкс

=30 0 мкс

=40 0 мкс

Попытка проанализировать травмоопасность ударов в голову голым кулаком, по сравнению с ударами в боксерской перчатке.

Теория удара.

Ударом в механике называется кратковременное взаимодействие тел, в результате которого изменяются их скорости. Ударная сила зависит, согласно закону Ньютона, от эффективной массы ударяющего тела и его ускорения:

Рис. 1 Кривая развития силы удара во времени

F = m*a (1),

где
F – сила,
m – масса,
a – ускорение.

Если рассматривать удар во времени, то взаимодействие длится очень короткое время – от десятитысячных (мгновенные квазиупругие удары), до десятых долей секунды (неупругие удары). Ударная сила в начале удара быстро возрастает до наибольшего значения, а затем падает до нуля (рис. 1). Максимальное ее значение может быть очень большим. Однако основной мерой ударного взаимодействия является не сила, а ударный импульс, численно равный площади под кривой F(t). Он может быть вычислен как интеграл:

(2)

где
S – ударный импульс,
t1 и t2 – время начала и конца удара,
F(t) – зависимость ударной силы F от времени t.

Так как процесс соударения длится очень короткое время, то в нашем случае его можно рассматривать как мгновенное изменение скоростей соударяющихся тел.

В процессе удара, как и в любых явлениях природы должен соблюдаться закон сохранения энергии. Поэтому закономерно записать следующее уравнение:

E1 + E2 = E’1 + E’2 + E1п + E2п (3)

где
E1 и E2 – кинетические энергии первого и второго тела до удара,
E’1 и E’2 – кинетические энергии после удара,
E1п и E2п – энергии потерь при ударе в первом и во втором тел е.

Соотношение между кинетической энергией после удара и энергией потерь составляет одну из основных проблем теории удара.

Последовательность механических явлений при ударе такова, что сначала происходит деформация тел, во время которой кинетическая энергия движения переходит в потенциальную энергию упругой деформации. Затем потенциальная энергия переходит обратно в кинетическую. В зависимости от того, какая часть потенциальной энергии переходит в кинетическую, а какая теряется, рассеиваясь на нагрев и деформацию, различают три вида удара:

1. Абсолютно упругий удар – вся механическая энергия сохраняется. Это идеализированная модель соударения, однако, в некоторых случаях, например в случае ударов бильярдных шаров, картина соударения близка к абсолютно упругому удару.
2. Абсолютно неупругий удар – энергия деформации полностью переходит в тепло. Пример: приземление в прыжках и соскоках, удар шарика из пластилина в стену и т. п. При абсолютно неупругом ударе скорости взаимодействующих тел после удара равны (тела слипаются).
3. Частично неупругий удар - часть энергии упругой деформации переходит в кинетическую энергию движения.

В реальности все удары являются либо абсолютно, либо частично неупругими. Ньютон предложил характеризовать неупругий удар так называемым коэффициентом восстановления. Он равен отношению скоростей взаимодействующих тел после и до удара. Чем этот коэффициент меньше, тем больше энергии расходуется на некинетические составляющие E1п и E2п (нагрев, деформация). Теоретически этот коэффициент получить нельзя, он определяется опытным путем и может быть рассчитан по следующей формуле:

где
v1 , v2 – скорости тел до удара,
v’1 , v’2 – после удара.

При k = 0 удар будет абсолютно неупругим, а при k = 1 – абсолютно упругим. Коэффициент восстановления зависит от упругих свойств соударяемых тел. Например, он будет различен при ударе теннисного мяча о разные грунты и ракетки разных типов и качества. Коэффициент восстановления не является просто характеристикой материала, так как зависит еще и от скорости ударного взаимодействия – с увеличением скорости он уменьшается. В справочниках приведены значения коэффициента восстановления для некоторых материалов для скорости удара менее 3 м/с.

Биомеханика ударных действий

Ударными в биомеханике называются действия, результат которых достигается механическим ударом. В ударных действиях различают:

1. Замах – движение, предшествующее ударному движению и приводящее к увеличению расстояния между ударным звеном тела и предметом, по которому наносится удар. Эта фаза наиболее вариативна.
2. Ударное движение – от конца замаха до начала удара.
3. Ударное взаимодействие (или собственно удар) – столкновение ударяющихся тел.
4. Послеударное движение – движение ударного звена тела после прекращения контакта с предметом, по которому наносится удар.

При механическом ударе скорость тела (например, мяча) после удара тем выше, чем больше скорость ударяющего звена непосредственно перед ударом. При ударах в спорте такая зависимость необязательна. Например, при подаче в теннисе увеличение скорости движения ракетки может привести к снижению скорости вылета мяча, так как ударная масса при ударах, выполняемых спортсменом, непостоянна: она зависит от координации его движений. Если, например, выполнять удар за счет сгибания кисти или с расслабленной кистью, то с мячом будет взаимодействовать только масса ракетки и кисти. Если же в момент удара ударяющее звено закреплено активностью мышц-антагонистов и представляет собой как бы единое твердое тело, то в ударном взаимодействии будет принимать участие масса всего этого звена.

Иногда спортсмен наносит два удара с одной и той же скоростью, а скорость вылета мяча или сила удара оказывается различной. Это происходит из-за того, что ударная масса неодинакова. Величина ударной массы может использоваться как критерий эффективности техники ударов. Поскольку рассчитать ударную массу довольно сложно, то эффективность ударного взаимодействия оценивают как отношение скорости снаряда после удара и скорости ударного элемента до удара. Этот показатель различен в ударах разных типов. Например, в футболе он изменяется от 1,20 до 1,65. Зависит, он и от веса спортсмена.

Некоторые спортсмены, владеющие очень сильным ударом (в боксе, волейболе, футболе и др.), большой мышечной силой не отличаются. Но они умеют сообщать большую скорость ударяющему сегменту и в момент удара взаимодействовать с ударяемым телом большой ударной массой.

Многие ударные спортивные действия нельзя рассматривать как «чистый» удар, основа теории которого изложена выше. В теории удара в механике предполагается, что удар происходит настолько быстро и ударные силы настолько велики, что всеми остальными силами можно пренебречь. Во многих ударных действиях в спорте эти допущения не оправданы. Время удара в них хотя и мало, но все-таки пренебрегать им нельзя; путь ударного взаимодействия, по которому во время удара движутся вместе соударяющиеся тела, может достигать 20-30 см.

Поэтому в спортивных ударных действиях, в принципе, можно изменить количество движения во время соударения за счет действия сил, не связанных с самим ударом. Если ударное звено во время удара дополнительно ускоряется за счет активности мышц, ударный импульс и соответственно скорость вылета снаряда увеличиваются; если оно произвольно тормозится, ударный импульс и скорость вылета уменьшаются (это бывает нужно при точных укороченных ударах, например при передачах мяча партнеру). Некоторые ударные движения, в которых дополнительный прирост количества движения во время соударения очень велик, вообще являются чем-то средним между метаниями и ударами (так иногда выполняют вторую передачу в волейболе).

Координация движений при максимально сильных ударах подчиняется двум требованиям:

1. сообщение наибольшей скорости ударяющему звену к моменту соприкосновения с ударяемым телом. В этой фазе движения используются те же способы увеличения скорости, что и в других перемещающих действиях;
2. увеличение ударной массы в момент удара. Это достигается «закреплением» отдельных звеньев ударяющего сегмента путем одновременного включения мышц-антагонистов и увеличения радиуса вращения. Например, в боксе и карате сила удара правой рукой увеличивается примерно вдвое, если ось вращения проходит вблизи левого плечевого сустава, по сравнению с ударами, при которых ось вращения совпадает с центральной продольной осью тела.

Время удара настолько кратковременно, что исправить допущенные ошибки уже невозможно. Поэтому точность удара в решающей мере обеспечивается правильными действиями при замахе и ударном движении. Например, в футболе место постановки опорной ноги определяет у начинающих целевую точность примерно на 60-80%.

Тактика спортивных состязаний нередко требует неожиданных для противника ударов («скрытых»). Это достигается выполнением ударов без подготовки (иногда даже без замаха), после обманных движений (финтов) и т. п. Биомеханические характеристики ударов при этом меняются, так как они выполняются в таких случаях обычно за счет действия лишь дистальных сегментов (кистевые удары).

Дистальный – [напр. конец, фаланга] (distalis) - конец мышцы или кости конечности или целая структура (фаланга, мышца) наиболее удалённая от туловища.

Удар в боксерской перчатке и без.

В последнее время в некоторых спортивных кругах разгораются серьезные споры по поводу большей травматичности для мозга ударов в боксерской перчатке, нежели ударов голой рукой. Попытаемся получить ответ на этот вопрос используя имеющиеся исследовательские данные и элементарные законы физики.

Откуда могли родиться подобные мысли? Смею предположить, что в основном из наблюдений процесса удара по боксерскому мешку. Проводились исследования, в которых Смит и Хемил в своей работе, опубликованной в 1986 году измеряли скорость кулака спортсмена и скорость боксерского мешка. Строго говоря, опасность сотрясения мозга определяется величиной ускорения головы, а не скоростью. Однако по сообщаемой скорости мешка можно лишь косвенно судить о величине ускорения, т.к. предполагается, что данная скорость была развита за короткий промежуток времени удара.

Удары по мешку проводились тремя разными способами: голым кулаком, в перчатке для карате и в перчатке для бокса. И действительно, скорость мешка при ударе перчаткой оказалась выше примерно на 15%, чем при ударе кулаком. Рассмотрим физическую подоплеку проведенного исследования. Как уже говорилось выше, все удары являются частично неупругими и часть энергии ударного звена расходуется на остаточную деформацию снаряда, остальная энергия тратится на сообщение снаряду кинетической энергии. Доля этой энергии характеризуется коэффициентом восстановления.

Сразу оговоримся для большей ясности, что при рассмотрении энергии деформации и энергии поступательного движения, большая энергия деформации играет положительную роль, т.к. на поступательное движение остается меньше энергии. В данном случае речь идет об упругих деформациях, не представляющих опасность для здоровья, тогда как энергия поступательного движения напрямую связана с ускорением и опасна для мозга.

Рассчитаем коэффициент восстановления боксерского мешка по данным полученным Смитом и Хемилом. Масса мешка составляла 33 кг. Результаты экспериментов показали незначительные различия в скорости кулака для разных типов перчаток (голый кулак: 11.03±1.96 м/с, в каратистской перчатке: 11.89±2.10 м/с, в боксерской перчатке: 11.57±3.43 м/с). Среднее значение скорости кулака составило 11.5 м/с. Были найдены различия в импульсе мешка для разных типов перчаток. Удар в боксерской перчатке вызывал больший импульс мешка (53.73±15.35 Н с), чем удар голым кулаком (46.4±17.40 Н с) или в каратистской перчатке (42.0±18.7 Н с), которые имели почти равные значения. Для определения скорости мешка по его импульсу, нужно импульс мешка разделить на его массу:

v = p/m (5)

где
v – скорость мешка,
p – импульс мешка,
m – масса мешка.

Используя формулу расчета коэффициента восстановления (4) и допуская, что скорость кулака после удара равна нулю, получаем значение для удара голым кулаком около 0,12, т.е. k = 12%. Для случая удара боксерской перчаткой k = 14%. Это подтверждает наш жизненный опыт – удар по боксерскому мешку практически полностью неупругий и почти вся энергия удара уходит на его деформацию.

Следует отдельно отметить, что наибольшая скорость была у кулака в каратистской перчатке. Импульс же мешка при ударе каратистской перчаткой был самый меньший. Показатели ударов голым кулаком в этом исследовании занимали промежуточное положение. Это можно объяснить тем фактом, что спортсмены боялись повредить руку и рефлекторно снижали скорость и силу удара. При ударе в каратистской перчатке такого страха не возникало.

А что же будет при ударе в голову? Обратимся к другому исследованию Валилко, Виано и Бира за 2005 год , в котором исследовались боксерские удары в перчатках по специально сконструированному манекену (рис.2). В данной работе были детально исследованы все параметры удара и ударное воздействие на голову и шею манекена. Шея манекена представляла собою упругую металлическую пружину, поэтому данную модель можно считать, как модель боксера готового к удару с напряженными мышцами шеи. Воспользуемся данными по поступательному движению головы манекена и рассчитаем коэффициент восстановления (k) при прямом ударе в голову.

Рис. 2 Исследование Валилко, Виано и Бира – боксер наносит удар по манекену.

Средняя скорость руки до удара была 9,14 м/с, а средняя скорость головы после удара 2,97 м/с. Таким образом, согласно той же формуле (4) коэффициент восстановления k = 32%. Это значит, что 32% энергии ушло в кинетическое движение головы, а 68% ушло в деформацию шеи и перчатки. Говоря об энергии деформации шеи, речь идет не о геометрической деформации (искривлении) шейного отдела, а об энергии, которую затратили мышцы шеи (в данном случае пружина), чтобы удержать голову в неподвижном состоянии. Фактически это энергия сопротивления удару. О деформации лица манекена, так же как и лицевого черепа человека, не может быть и речи. Кости человека являются очень крепким материалом. В табл. 1 приведены коэффициент упругости (модули Юнга) нескольких материалов. Чем этот коэффициент больше, тем жестче материал. Из таблицы видно, что по жесткости кость немногим уступает бетону.

Таблица 1. Коэффициенты упругости (модули Юнга) разных материалов.

Каков же будет коэффициент восстановления при ударе в голову голым кулаком? Исследований на этот счет нет. Но попытаемся прикинуть возможные последствия. При ударе кулаком, так же как и при ударе перчаткой, большую часть энергии возьмут на себя мышцы шеи, при условии, конечно, что они напряжены. В работе Валилко, Виано и Бира невозможно отделить энергию деформации перчатки от энергии деформации шеи манекена, но можно предположить, что в деформацию шеи ушла львиная доля суммарной энергии деформации. Поэтому можно считать, что при ударе голым кулаком разница в коэффициенте восстановления не будет превышать 2-5% по сравнению с ударом в перчатке, как это было в работе Смита и Хемила, где разница составила 2%. Очевидно, что разница в 2% – это несущественно.

Приведенные выше расчеты делались на основе данных о прямолинейном ускорении головы после удара. Но при всей их относительной сложности они очень далеки от предсказания травматичности удара. Английский физик Холборн, работавший с гелевыми моделями мозга в 1943 году, был одним из первых, кто выдвинул главным параметром травмы мозга вращательное ускорение головы . В работе Оммая и др. говорится, что вращательное ускорение в 4500 рад/с2 приводит к сотрясению и серьезным аксональным травмам. В более ранней работе того же автора говорится, что вращательное ускорение выше 1800 рад/с2 создает 50% вероятность сотрясения мозга. В статье Валилко, Виано и Бира приведены параметры 18-ти разных ударов. Если взять одного и того же боксера и его удар со скоростью руки 9,5 м/с и удар со скоростью 6,7 м/с, то в первом случае коэффициент восстановления равен 32%, а во втором уже 49%. По всем нашим расчетам получается, что второй удар более травматичный: больший коэффициент восстановления (больше энергии ушло в поступательное движение головы), большая эффективная масса (2,1 кг и 4,4 кг), чуть большее ускорение головы (67 g и 68 g). Однако, если мы сравним вращательное ускорение головы, произведенное этими двумя ударами, то увидим, что более травматичным является первый удар (7723 рад/с2 и 5209 рад/с2 соответственно). Причем разница в цифрах довольно существенная. Данный факт свидетельствует о том, что травматичность удара зависит от большого количества переменных и нельзя руководствоваться только одним лишь импульсом p = mv, оценивая эффективность удара. Большое значение здесь играет и место удара, так чтобы вызвать наибольшее вращение головы. В связи с приведенными данными выходит, что фактор боксерской перчатки в травмах и сотрясениях мозга играет далеко не главную роль.

Подведя итог нашей статье, отметим следующее. Факторы влияющие на травмы головного мозга при ударе в боксерской перчатке и без нее отличаются не значительно и могут меняться то в одну, то в другую сторону в зависимости от боксера и вида удара. Гораздо более существенные факторы влияющие на сотрясение мозга лежат вне рассматриваемой плоскости, такие как вид и место удара в голову, определяющие ее вращательный момент.

Вместе с тем, не надо забывать, что боксерские перчатки созданы прежде всего для предохранения мягких тканей лица. Удары без перчаток приводят к повреждениями костей, суставов и мягких тканей как у атакующего, так и у атакуемого спортсмена. Наиболее распространеным и болезненым из них является травма, именуемая “костяшка боксера”.

Костяшка боксера – известный в спортивной медицине термин, используемый для описания травмы кисти – повреждения суставной капсулы пястно-фалангового сустава (обычно II или III), а именно волокон, удерживающих сухожилие мышцы-разгибателя пальцев.

Опасность заражения различными инфекциями, в том числе вирусами гепатита С или ВИЧ и масса других неприятных последствий, включая малопривлекательную внешность, всячески отметают тезис о том, что драться голыми руками безопаснее для здоровья.

Использованная литература:

1. Ламаш Б.Е. Лекции по биомеханике. https://www.dvgu.ru/meteo/book/BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. The effect of punching glove type and skill level on momentum transfer. 1986, J. Hum. Mov. Stud. vol.12, pp. 153-161.
3. Walilko T.J., Viano D.C. and Bir C.A. Biomechanics of the head for Olympic boxer punches to the face. 2005, Br J Sports Med. vol.39, pp.710-719
4. Holbourn A.H.S. Mechanics of head injury. 1943, Lancet. vol.2, pp.438-441.
5. Ommaya A.K., Goldsmith W., Thibault L. Biomechanics and neuropathology of adult and paediatric head injury. 2002, Br J Neurosurg. vol.16, №3, pp.220–242.

6. sportmedicine.ru