Сила силой, кач качем, а скорость для удара, никто не отменял. Это верно. Цель и задача - тренированность бойца для боя, приобретение именно нужных качеств для дела. Это да.
Спасибо.
http://kapate.narod.ru/part2_7.htm
http://nunchaku.by.ru/org.html
http://kiktest.narod.ru/Document/docUdar.htm
Многие авторы при определении силы удара исходят из 2-го закона Ньютона.
Согласно этому закону сила F, действующая на тело массой m, придает ему ускорение a, то есть
a = F/m
Отсюда логично предположить, что ударная конечность массой m, двигаясь с ускорением a, “обладает” силой удара F.
Понятно, что такое утверждение физически неверно - тело не может обладать силой, то есть сила не представляет собой какое-то свойство тела, она является внешней по отношению к телу.
Из формулы (1) следует, что ударная конечность, движущаяся равномерно с какой угодно скоростью, вообще не “обладает “ ударной силой, потому что ускорение при этом равно нулю. Но если представить ускорение как скорость изменения скорости a = v/t и вспомнить, что ударная конечность начинает двигаться из состояния покоя, то есть в начале удара она обладает скоростью vнач = 0, то формула (1) приобретает вид
F = (v*m)/t (2)
где v = vкон - vнач
Именно эту формулу приводят при определении силы удара. Здесь, нам кажется, законы физики вполне соотносятся с нашим опытом: сила удара зависит от массы ударной конечности (в конечном счете - это вес бойца), от скорости ударной конечности в конечной точке траектории ее движения и от времени, за которое эта скорость была достигнута (это резкость удара).
Интересна такая вот трактовка резкости удара. На практике (во всяком случае, в быту) используется именно это определение резкости, хотя к истинной резкости удара она не имеет никакого отношения.
Хотя во втором законе Ньютона ничего не говорится об ударе, движение ударной конечности вполне согласуются с этим законом. Но при этом надо принимать во внимание 2 замечания.
1). - строго говоря, нельзя утверждать, что сила F в формуле (2) - это сила удара. На самом деле - это сила, которую приложил боец к ударной конечности, чтобы придать ей скорость v. Но зависимость здесь, очевидно, прямая: на прикладном уровне это выражается простой формулой - чем сильнее боец, тем сильнее удар.
2). если рассматривать удар как поражающий фактор, сама по себе сила в формуле (2) ничего не значит - необходимо рассматривать воздействие этой силы на мишень.
Здесь часто идут по пути упрощения. Хотя об этом не говорится прямо, но это следует из логики рассуждений: сила, которая воздействует на мишень, считается равной силе, которую боец прикладывает к ударной конечности.
При этом вид формулы (2) остается неизменным: здесь m - по-прежнему масса ударной конечности, v - скорость ударной конечности, а вот для времени t вводится другое значение - это время взаимодействия с мишенью.
По всей видимости, авторы этого определения исходят из того, что после того, как процесс проведения удара достиг какой-то определенной фазы, далее он становится неуправляемым, и время взаимодействия с мишенью (при неизменных параметрах последней) зависит только от массы ударной конечности и от набранной ею скорости. (Какая это фаза, на практике весьма различается, но для простоты можно считать, что это та фаза, на которой скорость ударной конечности достигает максимума.)
Вообще, смысл этого введенного “времени взаимодействия с мишенью” не очень ясен.
В элементарной физике время взаимодействия двух материальных тел изменяется от нуля при абсолютно упругом ударе до бесконечности при абсолютно неупругом ударе. И это время определяется свойствами взаимодействующих тел.
Процесс взаимодействия ударной конечности с мишенью при реальном ударе, наверное, можно рассматривать как некий промежуточный вариант, но, все равно, такое время взаимодействия должно сильно зависеть от материала соударяющихся тел.
На практике это, возможно, верно только для неуправляемого удара... На самом деле нет никаких физических ограничений для бойца, чтобы он, продолжая управлять ударной конечностью, прекратил удар в любой точке его траектории, сводя время взаимодействия с мишенью к какой угодно малой величине, вплоть до нуля. И это время не будет зависеть ни от массы ударной конечности, ни от ее скорости, ни от материала мишени. То есть уменьшение времени взаимодействия с мишенью не носит того очевидного смысла, который следует из формулы (2).
Продолжая руководствоваться этой формулой и принятым определением времени t, можно прийти к выводу, что, при всех прочих равных условиях, чем меньше время взаимодействия с мишенью, тем больше сила удара.
То есть, при времени взаимодействия с мишенью, равном нулю, сила удара будет максимальной. А на практике время взаимодействия с мишенью, равное нулю, означает, что удар попросту не попал по мишени.
Из этих же рассуждений следует, что не имеет значения скорость ударной конечности - она может быть какой угодно, лишь бы время взаимодействия с мишенью было достаточно мало.
Вероятно, такой подход к определению силы удара возможен, но для весьма ограниченной категории ударов. В арсенале любого вида единоборств присутствуют удары, когда боец перестает прикладывать силу к ударной конечности после соприкосновения с мишенью (или раньше), но такими ударами не ограничивается все их разнообразие.
Введение косвенным образом некоторых граничных условий имеет смысл именно для таких ударов. Из практики выводится, что время взаимодействия с мишенью при эффективных ударах должно лежать в пределах 15-18 мс. Тогда при такой фиксации времени очевидно, что для увеличения силы удара необходимо увеличивать массу ударной конечности или ее скорость.
По нашим представлениям, использование такой методики определения силы удара уводит от истинного понимания эффективности удара как поражающего фактора и затрудняет его объективную - количественную - оценку.
Сама по себе сила, определенная формулой (2), может представлять только теоретический интерес. Сила удара как поражающий фактор проявляется только при взаимодействии ударной конечности с мишенью. Ведь и физически удар определяется как совокупность явлений, возникающих при столкновении тел.
А методика, заменяющая оценку силы собственно удара оценкой некоего потенциала, которым обладает ударная конечность, не то, чтобы ошибочна, она - недостаточна. С одной стороны такое упрощение кажется логичным и необходимым, но, вместе с тем, оно, все равно, не дает того инструмента, который бы позволил перейти с уровня качественного (и субъективного) анализа потенциала бойца на уровень количественной оценки поражающего фактора его удара.
При использовании принятой методики эффективная масса ударной конечности оценивается приблизительно как какой-то процент от общей массы бойца, а измерение скорости ударной конечности требует сложной аппаратуры и скрупулезного проведения измерений, так что такие измерения проводятся только в научных исследованиях.
Но даже проведение подобных измерений не дает правильной величины скорости ударной конечности. Ведь в формуле (2) значение скорости должно быть мгновенным и соответствующим скорости в момент соприкосновения конечности с мишенью, а измерения дают только среднюю скорость прохождения ударной конечностью граничных точек. При этом опять же предполагается, что конечность после придания ей достаточного ускорения становится неуправляемой, и ее скорость в момент соприкосновения с мишенью равна измеренной средней скорости. Но даже если удар выполняется технически правильно, и рука до соприкосновения с мишенью расслаблена, напряжение кисти в этот момент приводит к напряжению мышц в предплечье и плече, и скорость ударной конечности значительно уменьшается. А учесть такое уменьшение скорости никакие измерения не могут.
Кроме того, удары такой техники составляют лишь часть боевого арсенала любого из видов единоборств. Принятая методика не позволяет даже приблизительно оценивать те удары, которые остаются управляемыми после соприкосновения ударной конечности с мишенью. Например, когда при ударе рукой к потенциалу предплечья и плеча последовательно добавляются потенциал корпуса, а затем и нижних конечностей. Мы оставляем в стороне рассмотрение техники выполнения таких ударов, но описание такой техники встречается практически в любом руководстве по ударным видам единоборств.
Используя формулу (2) при определении силы ударов, выполненных таким образом, возможно, учесть вклад добавляемых кинематических звеньев увеличением эффективной массы ударной конечности, но вопрос с определением скорости остается совершенно неопределенным. К тому же использование такой техники увеличивает время взаимодействия с мишенью, что согласно этой же формуле, приводит к уменьшению эффективности удара, а это, отнюдь, не согласуется с практикой.
Таким образом, можно сделать вывод, что принятая методика определения силы удара, выраженная формулой (2), приводит к 2-м затруднениям: во-первых, определение исходных данных, входящих в формулу, весьма проблематично, и, во-вторых, эта формула не обладает полнотой, учитывающей все виды ударов, используемые в боевых искусствах.
Очевидно, что для боевых искусств эффективным является тот удар, который выводит противника из строя. Оставаясь на качественном уровне, можно сказать, что вывод противника из строя является следствием нанесения ему травм различного характера, то есть следствием нанесения ему “разрушительных“ ударов.
Но на практике оценить эффективность удара, таким образом, удается весьма редко. И все, зачастую, сводится к тому, что если субъективно удар выполняется правильно, то он должен быть эффективным, а количественные параметры “правильного” удара по-прежнему остаются неизвестными.
Принимая во внимание все вышеприведенное, мы предлагаем заменить оценку силы удара как некоего потенциала ударной конечности оценкой того воздействия, которое испытывает мишень в результате такого удара.
Попробуем сначала рассмотреть простейший пример взаимодействия какого-то тела и некоторого препятствия. Допустим, тело массой m лежит на закрепленной полке. Тогда оно воздействует на препятствие с силой тяжести, прямо пропорциональной массе.
Не вдаваясь в тонкости, можно указать 2 результата воздействия такой силы:
- если тело не обладает достаточной массой, то сила тяжести уравновешивается силой реакцией опоры, и тело остается в покое сколь угодно долго;
- если же сила тяжести превысит какое-то пороговое значение, обусловленное пределом прочности полки, то полка разрушится.
Известно, что в реальности ни один физический процесс не происходит мгновенно, и процесс разрушения полки так же имеет какую-то длительность во времени. Если бы была возможность убрать тело с полки мгновенно после того, как препятствие начало разрушаться, то этот процесс был бы остановлен, и полка (может быть, частично) осталась бы целой. Так же понятно, что какой бы большой массой не обладало тело, оно должно воздействовать на препятствие время, достаточное для завершения процесса разрушения.
(Имеется в виду тот промежуток времени, после истечения которого процесс становится необратим.)
И какую бы природу не носили тело и препятствие, этот промежуток времени всегда существует.
Таким образом, для рассмотренного примера можно сделать вывод: чтобы разрушить препятствие тело должно воздействовать на него с силой превышающей какое-то пороговое значение, обусловленное пределом прочности материала препятствия, и это воздействие должно иметь длительность во времени.
Если приблизить этот пример к более привычному для нас представлению об ударе, то надо рассмотреть воздействие горизонтальной силы на препятствие.
Такой случай воздействия силы на препятствие практически ничем не отличается от рассмотренного выше, и сделанный вывод остается верным и для него. Графически это можно отобразить так:
То есть в момент времени tн на препятствие начинает действовать сила Fпор, превышающая предел прочности материала препятствия. В этот момент препятствие начинает разрушаться, а в момент времени tк процесс разрушения приобретает необратимый характер. После этого воздействие силы можно прекратить. Математически это описывается с помощью следующей зависимости:
Dp = F*Dt (3)
Произведение силы, воздействующей на тело, на время действия этой силы называется импульсом силы.
Тогда наш вывод можно сформулировать другим образом: чтобы разрушить препятствие тело должно воздействовать на него импульсом силы, превышающим какое-то пороговое значение.
Рассматривая эти примеры, мы оперируем таким понятием как разрушение просто как более наглядным представлением процесса, который мы хотим описать. В реальности результат воздействия ударной конечности на мишень не всегда представляет собой какое-либо разрушение (во всяком случае, визуально), но всегда можно соотнести количественные параметры удара с травмами той или иной степени тяжести, являющимися следствием нанесения таких ударов.
То есть эффективный удар всегда приводит к какой-то травме, а травму условно можно назвать разрушением, будь это нарушение целостности кожных покровов, разрыв кровеносных сосудов, разрушение мягких тканей или костей и так далее.
Здесь надо отметить, что термин “удар” в боевых единоборствах означает некий технический прием (совокупность действий), и это его толкование отличается от того, что применяется в физике: удар - это совокупность явлений, возникающих при столкновении движущихся тел. Но когда мы говорим о силе удара, толкования совпадают - эта та самая сила, которая возникает в результате столкновения ударной конечности и мишени.
Если соотносить приведенный пример воздействия горизонтальной силы на препятствие с ударом в боевых искусствах, … явление, которое мы пытаемся описать, отражают определенную фазу удара - тот момент, когда ударная конечность вошла в соприкосновение с мишенью.
Если исходить из физического определения удара, то необходимо рассматривать взаимодействие движущихся тел. Движущиеся тела обладают количеством движения или импульсом тела, равным произведению массы тела на его скорость
p = m*v (4)
Также такое тело обладает кинетической энергией
E = (m*v2) / 2 (5)
Как видно из соотношений (4) и (5), зависимость между импульсом тела и энергией прямо пропорциональная.
При столкновении двух тел - ударе - происходит изменение импульса обоих тел. И по определению это изменение импульса равно импульсу силы, возникающему при столкновении
Dp = m*Dv = FDt (3.1)
где F сила удара, а Dt время действия это силы.
Важно заметить, что импульс силы равен изменению импульса тела, а, так как масса тела во время удара не изменяется, то импульс силы прямо пропорционален изменению скорости тела, а не его абсолютному значению.
Соотношения (3) и (3.1) есть ничто иное, как другое представление второго закона Ньютона, согласно которому воздействие импульса силы вызывает изменение импульса тела. Только при соударении это соотношение выполняется в другой последовательности: если изменился импульс тела, значит, на него воздействовал импульс силы.
Но связь между силой, которая привела тело в движение, и силой, которая воздействует на тела при столкновении в результате этого движения только причинно-следственная - количественную связь между ними определить невозможно.
Схематически эту связь можно отобразить так. Боец воздействует силой на ударную конечность, придавая ей какой-то импульс. Проделав определенный путь, ударная конечность сталкивается с мишенью, в результате импульс ударной конечности изменяется. Это изменение импульса конечности приводит к возникновению импульса ударной силы.
Очевидно, что импульс ударной конечности изменяется в сторону уменьшения. Таким образом, смысл удара в боевых искусствах заключается в том, чтобы передать импульс ударной конечности (а значит, энергию ударной конечности) мишени, и чем больший импульс будет передан, тем эффективней будет воздействие на мишень.
Если в процессе удара удастся измерить изменение импульса ударной конечности и время, за которое это изменение произошло, то это позволит определить и силу собственно удара.
На самом деле в таком виде задача по-прежнему является трудноразрешимой. Однако, так как процесс удара достаточно быстротечен, то систему "ударная конечность-мишень" можно считать закрытой системой, то есть такой системой, воздействием внешних сил на которую можно пренебречь. А для закрытой системы выполняется закон сохранения импульса. То есть полный импульс этой системы до удара и после удара остается одной и той же величиной. А это означает, что изменение импульса ударной конечности равно изменению импульса мишени.
Если ударная конечность будет воздействовать на некую “калиброванную” мишень, находящуюся в покое, и будет возможно измерить импульс этой мишени, полученный в результате воздействия ударной конечности, то величину этого импульса можно будет считать численно равной импульсу силы, воздействующей на мишень.
Это именно то, к чему мы стремимся. Именно такой подход мы считаем необходимым при оценке численных параметров удара, и именно его мы использовали при разработке нашего динамометра.
В общем случае импульс ударной силы P за время удара t определяется как интеграл P=ò F*dt = Fср* t и называется ударным импульсом.
Процесс соударения 2-х тел можно разделить на 2-е фазы. 1-я фаза начинается с момента соприкосновения точек A и B тел, имеющих в этот момент скорости сближения vA - vB. К концу 1-й фазы сближение тел прекращается, а часть их кинетической энергии переходит в потенциальную энергию деформацию.
Во второй фазе происходит обратный переход потенциальной энергии упругой деформации в кинетическую энергию тел. При этом тела начинают расходиться, и к концу 2-й фазы точки A и B будут иметь скорость расхождения VA - VB.
Для совершенно упругих тел механическая энергия к концу удара восстановилась бы полностью, и было бы верно равенство скоростей расхождения по модулю
|VA - VB| = |vA - vB|
Наоборот, удар совершенно неупругих тел закончился бы на 1-ой фазе -
VA - VB = 0
При ударе реальных тел механическая энергия к концу удара восстанавливается лишь частично вследствие потерь на образование остаточных деформаций, нагревание тел и др. То есть
|VA - VB| < |vA - vB|
Величина этой потери определяется так называемым коэффициентом восстановления k, который считается зависимым только от физических свойств материалов тел и численно определяется соотношением скоростей расхождения тел после удара и до удара
k = -(VA - VB) / (vA - vB)
На практике коэффициент k, конечно, невозможно определять по скоростям ударной конечности до и после удара, потому что ударная конечность связана в кинематическую схему и может быть управляема бойцом в любую фазу удара, тогда как действительное значение коэффициента восстановления должно определяться при взаимодействии свободных тел.
Вообще определение параметров, описывающих ударное взаимодействие, задача достаточно сложная. Это связано не только с трудностями чисто математического характера, но и с отсутствием достаточных данных о параметрах, определяющих поведение материалов тел при ударных нагрузках, что заставляет делать при расчетах ряд существенных упрощений.
Изучение удара не вполне упругих тел требует учета как упругих, так и пластичных свойств материалов. При расчете такой задачи во многом опираются на анализ и обобщение экспериментальных результатов.
Нам представляется, что в физическом смысле удар в боевых единоборствах ничем не отличается от ударного взаимодействия любых других механических тел, и нет никакой необходимости придумывать что-то еще для его количественного описания, а достаточно воспользоваться теорией удара из элементарной физики.
Мы предлагаем исходить из того, что удар и в боевых искусствах есть ни что иное, как процесс передачи импульса и энергии одного тела другому.
Использование этих двух параметров и общепринятых соотношений позволяет уйти не только от определения силы из формулы (2), которая не является ни характеристикой самой ударной конечности, ни той силой, которая воздействует на мишень (а значит, не является и собственно силой удара), но и вообще уйти от оценки некоего потенциала ударной конечности (или самого бойца), а оценивать только последствия нанесения того или иного удара.
Кстати, такой подход в определении эффективности удара нам кажется не только более правильным, но и более легко реализуемым в техническом устройстве.
Никто не станет оспаривать того утверждения, что эффективность удара не имеет простой зависимости ни от физических кондиций бойца, ни от его технической подготовки. Конечно, имея наглядное представление об этих аспектах подготовки бойца, а также проведя оценку эффективной массы ударной конечности и ее скорости, можно представить и приблизительно оценить возможные последствия нанесения удара таким бойцом, но получить действительную количественную оценку не удастся.
В качестве примера, подтверждающего этот тезис, можно вспомнить массу случаев, когда прекрасно физически и технически подготовленный боец не был в состоянии разбить кирпич, хотя для этого достаточно силы неподготовленного мужчины. Правда, в этих случаях проявлялся аспект, который мы здесь не рассматриваем - психологический, - но это подтверждение того, что хорошие физические кондиции и знание техники не означают эффективности удара. Точно таким же образом могут проявляться и другие факторы, которые визуально не обнаруживаемы, но реально влияют на силу удара.
Динамометр, разработанный на основании вышеизложенных принципов, позволяет уйти от учета и оценки всех этих факторов: при этом не важна траектория удара, при этом не нужно знать массу ударной конечности, не нужно измерять ее мгновенную скорость; при этом вы можете накачивать удар “психической энергией”, заряжать “энергией ки”, и тому подобное. Попросту, вложите в удар все, что можете и хотите - это не важно, прибор измерит только то, что получила мишень в результате ваших действий. И это будет количественная и объективная оценка вашего удара. Если вы проведете удар по-другому, вы получите другую оценку, и сравнение этих оценок позволит вам сравнить эффективности ударов. А задача анализа факторов, влияющих на эффективность того или иного удара, лежит на методистах и инструкторах.