интергированый проект физика-физическая культура

Конкурс « Наука и спорт: полный контакт»

Номинация «Ученые и спорт» , вторая категория.

Физика и спорт. Техника удара

Работа ученика 9- а класса

ГБОУ СОШ № 500  Пушкинского р-на Санкт-Петербурга Алекян Романа

Введение.

Здравствуйте! Меня зовут Роман Алекян, я ученик 9 класса. В своей работе я бы хотел вам показать, в чем разница ударов в разных боевых искусствах. Расскажу о технике удара. Постараюсь показать, какую роль играют  в ней физические законы.

Удар – это резкое движение одного объекта по направлению к другому, заканчивающееся плотным контактом.

1. Удар боксера.

Нельзя говорить о конкретных цифрах в килограммах (или ньютонах), если речь идёт о силе удара,  по двум причинам:

• никто не мерил силу удара всех известных боксёров.
•  сама сила не имеет большого значения, важна лишь ее нокаутирующая составляющая.
• удары можно разделить на две категории: резкие и толчковые. И первые, и вторые могут иметь одинаковый силовой показатель, но суть может быть различна в зависимости  от весовой категории боксера.

Если вернуться к конкретике, то  сила удара мужчины лежит где-то между 200 и 1000 кг. Причём 200 кг-  это хороший удар для боксёра массой в 60-70 килограмм, а 1000 кг - предел для супертяжеловеса. Интересно, что для того что бы "вырубить" противника достаточно удара силой в 150 ньютонов (примерно 15 кг) в район подбородка.

Не существует абсолютного динамометра, которым бы замеряли силу удара всех боксёров. Но бытует мнение, что самый сильный удар принадлежит Майку Тайсону и  он находится в районе 800 кг. Удара такой силы достаточно для того, чтобы не только нокаутировать соперника, а и убить. Хорошо, что не каждый боксёр обладает такой силой удара, хотя и от ударов меньшей силы могут быть также очень тяжёлые последствия.

2. Удар каратиста

В процессе занятий каратэ особым образом изменяется не только мускулатура, но и мозг – именно благодаря этому обладатели чёрных поясов иногда демонстрируют настоящие чудеса. К такому выводу пришли нейробиологи из Имперского и Университетского колледжей Лондона в результате эмпирического исследования.

Контрольная группа включала в себя 12 спортсменов, имеющих высшую степень мастерства, со средним опытом в каратэ 13-14 лет, а также 12 человек того же возраста с регулярной физической активностью, но без опыта в боевых искусствах. Всем испытуемым было предложено нанести один из стандартных ударов рукой на малом расстоянии – около 5 см. Силу этого удара измерили с помощью инфракрасных датчиков на руках и туловище, а мозговая активность была зафиксирована методом диффузионно-тензорной визуализации (DTI). На основании этих исследований выяснилось, что для каратиста не так важна физическая подготовка, как его внутренняя концентрация, а также то,  как он сосредоточен на противнике.

3. Различие в ударах боксера и каратиста.

Оба они развили обычные человеческие способности к нанесению спортивных ударов путем специальных тренировок. В обоих случаях сила удара возникает за счет изменения импульса стоящего человека, ускоряющего наносящую удар руку из состояния покоя до некоторой скорости  на пути, равном размаху руки человека.

Можно считать, что исходные условия обоих ударов одинаковы. Почему же так различаются результаты?

Боксер передает большой импульс всей массе противника, сбивая его с ног. Каратист концентрирует свой удар на очень маленьком участке тела и старается завершить его на небольшой глубине. Поэтому каратист своим ударом легко может разрушить ткани и кости противника.

Длительности ударов каратиста и боксера составляют 0,005с и 0,1с соответственно.

В кино и по телевидению часто показывают, как каратист рукой развивает деревянные бруски и кирпичи. Возможно ли это с точки зрения законов физики?

4. Немного вычислений:

Энергия, необходимая для деформации бетонного блока, может быть найдена следующим образом: W=kx2 /2, но k=ES/x,     x= δx/E,  в соответствии с законом Гука:

                            δ=Eε     ( δ=F/S – напряжение; ε=   x/x – относительная деформация ).

Тогда W=εVδ/2, или W=Vδ2/2E .  Таким образом получаем, что для деформации бетонного блока размером 0,4x0,2х0,05 м (V=0,004 м3) при E=1,65*1010 Па; δ= 2,1*106 Па, необходимо затратить энергию, равную:

W=0,004(2,1*106)/ 2*1,65*1010 Дж = 0,53 Дж.

Скорость движения руки каратиста 12 м/с, ее масса 0,7 кг. Энергия, передаваемая в момент удара:

W=1/2(mv2) ; W=1/2(0,7 * 122) Дж = 50 Дж.

Получается, что рука каратиста обладает в момент удара достаточным запасом энергии, чтобы разрушить бетонный блок. То, что рука каратиста не ломается при ударе о кирпич, частично объясняется большой прочностью кости по сравнению с бетоном.

5. Задача:

Удар каратиста характеризуется следующими параметрами: скорость руки в момент удара 12 м/с, масса руки 0,7 кг, время удара 2 * 10-3 с. По этим данным определите размер области удара.

Дано:                                                                     Решение:

V0= 12 мс                                   по ЗСМЭ: А= Ек

m= 0,7 кг                                    F*S = mV2/2 – mV20/2

t= 2 * 10-3с                               F*S = mV2/2

V= 0                                           F=ma; a= V0/t  

 _________                                 S=V0t/2

S - ?                                           S=1/2(2*10-3 c * 12 м/с)

                                                  S=0,002 м

6. Мои достижения.

Я занимался карате 4 года и мое самое большое достижение – это 1 кю и 3 золотые медали на соревнованиях.

А так же я 3 года занимался боксом и мое достижение – это 3 место в Санкт-Петербургском турнире. В 6 боях – 4 победы и 2 поражения.

По моему опыту тренировок  могу сказать, что удар у боксера однозначно сильнее и эффектнее, чем у каратиста.

Я провел исследование по двум своим ударам: в стиле карате и бокса.

Результаты показали, что удар в стиле бокса достигает 112 ньютонов (11,2 кг), а удар в стиле карате достигает 86 ньютонов (8,6 кг)

Из этого исследования видно, что удар  боксера сильнее удара каратиста.

Как было сказано ранее, удар  силой в150 ньютонов (15 кг) может «вырубить» человека. Следовательно, мой удар в стиле бокса может сильно повредить соперника.

Заключение

Итак, мы пришли к одному бесспорному факту, что удар у боксера сильнее, чем удар каратиста. А так же, мы разобрали задачу и выяснили, почему каратист может разбивать доски, не повредив руку.

Спасибо.

Используемая литература:

1. Чандаева С.А. "Физика и человек" АО Аспект пресс. М.: 1994
2. http://scientificrussia.ru/
3. http://toprekord.ru/