Как найти силу удара человека

В США во время съемок шоу с бойцами ММА и боксерами канал FOX просит многих приходящих в студию пробить по каплевидной груше, чтобы измерить силу удара. Вы точно видели подобное устройство в парках аттракционов, особенно в южных регионах России.

У нас возникли сомнения в качестве исследования, когда 80-килограммовый джитсер Брайан Ортега выбил 945 (чего бы то ни было).

• видео с ударом Ортеги на отметке 3:22

А 100-килограммовый боксер Деонтей Уайлдер — 927 единиц. 

Смотреть на YouTube

То есть боксер Уайлдер, который считается одним из самых жестких нокаутеров 21-го века, ударил хуже более легкого бойца ММА.

Физик из Саратова Владимир Савельев уже больше 10 лет работает над измерением силы удара. У него есть два патента, компания с производством, а на его мешках с силомером ежегодно проводят соревнования среди десятков тысяч участников в одной российской госкорпорации. Савельев объяснил для «Матч ТВ», почему можно смело не верить в показатели груши из парка аттракционов, сколько килограммов надо для нокаута и может ли спичечный коробок в кулаке существенно увеличить силу удара.

— Перед интервью я прислал вам видео, где силу ударов замеряют у Уайлдера и Ортеги. Насколько оно вас убеждает, что Ортега бьет сильнее?

— Очень удивился, что на таком канале замеряют силу на таком оборудовании, потому что это аттракцион, непонятно в чем и что меряющий. В этих аттракционах определяется импульс, который вы можете передать пневматической груше. Вы ей сообщаете скорость, а после она бьет по датчику давления. То есть вы в условных единицах, по сути, измеряете скорость, с которой вы машете руками. Корреляция с силой очень слабая. Тут студент волейболист покажет результат выше чемпиона мира по боксу.

— Сила удара определяется не только скоростью ваших рук, а прежде всего жесткостью конструкции вашей кисти в момент контакта. В случае же удара по легкой пневмогруше, жесткость кулака уже не имеет значения.

— Чем отличается ваша технология?

— Мы измеряем силу удара по определению силы удара в физике. Сила удара в 1 кгс — это такая сила, под действием которой тело массой в 1 кг получает ускорение в 1g, или 9,8 м/с2. Поэтому когда говорят «удар — 100 килограммов», это уже упрощение. Для физики правильнее говорить «удар в 100 кгс».

Я вывел формулу удара и проверил ее разными способами. Если интересно, то сила пропорциональна скорости ударной конечности, квадратному корню из произведения массы ударной конечности, площади контакта и жесткости мешка. Если масса мешка сравнима с массой руки, то можно применить более точную формулу.

— По данным моего мешка, я знаю, что профессиональные боксеры уровня чемпионов мира бьют в интервале от 500 до 700 кгс. Сила удара боксеров-любителей хорошего уровня находится в интервале 350-500 кгс.

На моей памяти на нашем мешке самый большой показатель был у Дмитрия Кудряшова — 670 кгс.

— Давайте переведем в понятный пример, что такое удар в 670 кгс. Это как если на голову давит предмет с площадью кулака и весом 670 кг?

— В принципе, да, но с оговоркой, что такое давление нарастает в течение нескольких миллисекунд, а потом спадает в течение пары десятков миллисекунд. Но еще правильнее будет сказать, что если ваша голова весит пять кг и она получила ускорение 100g, то вас ударили с силой 500 кгс.

— И, получается, измерения в кгс можно соотносить с другими исследованиями.

— Существует такой критерий повреждения головы (HIC — кривая Уэйн-Стейта), который оценивает вероятности травмы головы, возникающей от удара. По ней считается, что для сотрясения мозга необходимо сообщить ускорение минимум 40-50g. При среднем весе головы пять кг получаем силу удара 200-300 кг. И это еще при расслабленной шее и неподвижном состоянии. Поэтому если где-то читаю, что для нокаута хватит удара 30 или даже 15 кг, считаю, что можно не слушать эти бредни. Та же шкала приводит данные, что можно легко перенести удар даже в 600 кгс, если он длится менее пяти миллисекунд. То есть для травматизма или нокаута важно и время контакта.

— Что такое время контакта?

— Оно определяется массой ударной конечности, жесткостью мишени и площадью контакта. Правильный удар — это бросок ударной конечности в направлении мишени. Вот вы спрашивали (до интервью) про удар кнутом или тонкой легкой палкой. Понятно, что болевые ощущения будут серьезные, но поскольку вес у тонкой палки или кнута очень маленький, то время контакта и сила удара будет в цифровом выражении тоже меньше, чем от удара кулаком. 

И надо понимать, что мы тут говорим о времени в миллисекундах.

— Есть же еще такая уличная байка, что даже зажатый в руке спичечный коробок серьезно увеличивает силу удара. Или ходил миф, что Владимир Кличко использует большее количество тейпа, чтобы кулак в перчатке был тяжелее.

— На самом деле, конечно, нет. Коробок в кулаке уменьшит его жесткость, и сила удара значительно упадет. Если вы возьмете свинчатку, идеально отлитую по руке, то, возможно, ударите сильнее, потому что она как бы зацементирует ваш кулак и создаст жесткость конструкции, но это не из-за того, что незначительно изменится масса. Количество тейпа не может сколь-нибудь значительно увеличить силу удара, так как по сравнению с весом руки бинты весят мало.

— Почему вы с образованием физика решили этим заниматься?

— Идея создать реальный измеритель силы удара возникла еще в конце 80-х, когда я увидел на юге самодельный пружинный измеритель. Так как образование у меня физико-математическое, заподозрил, что он измеряет неправильно, и решил сам создать такой прибор. Собирал по этому вопросу материал, но заняться вплотную получилось только в 2007 году. Оказывается, акселерометр пытались засунуть в боксерский мешок еще в 60-е в СССР, когда они только появились при запуске первых спутников. Не получилось — у одинаковых по силе ударов были разные показания. В 2002-м то же самое попытались сделать немцы уже с интегральными акселерометрами. На это тоже есть патент. Результат тот же самый. Видел похожее устройство в Китае и на канале Discovery, где пробовали делать нечто подобное, используя автомобильные датчики для краш-тестов. Но у них тоже не пошло.

Когда мы собрали первый измеритель, случайно обнаружил, что график ударного импульса чемпиона мира отличается от графика любителей не только по величине, но и по форме. Ответа в теоретической физике не нашел, поэтому пришлось выводить формулу удара для упругих соударений, учась у инженеров-строителей, они как раз умеют рассчитывать ударные нагрузки. В итоге получил несколько новых формул, на которые я опираюсь, разрабатывая новые варианты тренажеров. И я ввел в тренажер такой параметр, как время контакта, позволяющее оценить уровень боксерской ударной техники. Патенты, конечно, получил, но главное не в них, а в ноу-хау, без которого тренажеры не произвести.

— Технически что из себя представляет ваш мешок?

— Мы заказываем кожухи из натуральной кожи и набиваем их до веса 20, 30, 40 или 50 кг. Внутри мешка находится платка с датчиком-акселерометром и микропроцессором, снимающим с датчика 2000 показаний в секунду. Процессор обрабатывает эти данные и выдает параметры удара на плату управления, находящуюся в табло. Там другие процессоры согласно зашитым программам вычисляют параметры удара и выводят их на матричный индикатор. У каждого мешка своя эффективная масса, которая определяется с помощью специальных тестов и в дальнейшем используется для вычисления окончательных значений силы удара.

— Сейчас мы разрабатываем варианты беспроводных тренажеров, где результаты будут выводиться по Bluetooth на экран смартфона или компьютера. Также пробуем создать сеть датчиков для головы, рук и ног, чтобы фиксировать данные об ударах в режиме реального времени прямо по ходу поединка.

— В 2016 году мне говорил мастер спорта по боксу, выступающий в ММА, что у вас довольно тяжелый мешок и бить его с максимальной силой довольно опасно для кисти.

— У нас у всех мешков толщина поролона в наружном слое составляет 12 см. И мы можем при этом сделать мешок и мягче, и жестче. Жесткие мешки более долговечные, поэтому мы стараемся выбрать оптимальный вариант.

Мы давно проводим соревнования на предприятиях. 30 000 участников, много людей предпенсионного возраста, нет ни одной травмы. Тем более на тяжелом и жестком мешке вы силу удара не натренируете, потому что будете инстинктивно стараться беречь руку, а не бить с максимальной силой.

— Сколько это будет стоить, если я решу повесить такой у себя дома?

— 80-120 тысяч рублей в зависимости от выбора табло и веса мешка.

— С одной стороны, спортсмены в единоборствах скептически относятся к измерению силы удара. Потому что видно, что удар, который выбивает максимум, это не очень техничный удар. С другой — если те же самые спортсмены тестируют себя в беге, подтягиваниях или жиме лежа, возможно, имело бы смысл смотреть рекорды в ударе до и после сборов. Просто бить технично, а не на максимальную силу. Это все-таки ближе к соревновательной деятельности, чем бег.

— Вот именно это имело бы смысл. Тренировка на силу удара — это та же тренировка на взрыв, и она не должна быть продолжительной. У нас еще есть второй режим, где происходит суммирование силы ударов за определенное время: за 10, 30 и 60 секунд, за две и три минуты и так далее до 12 раундов с минутными перерывами. Таким образом можно тренировать спортсмена и оценивать уровень его физической формы, выносливость и энергетические возможности. И главное — здесь будет обратная связь, это как бегать с секундомером и без него. 

— У меня была теория, что 100-килограммовый волейболист ударит лучше, чем 60-килограммовый боксер.

— Не факт. Некоторые 60-килограммовые боксеры бьют сильнее тех, кто весит 100 кг, хотя и те, и другие — мастера спорта по боксу. На мой взгляд, это потому, что в тяжелом весе конкуренция не такая большая и в мастера спорта пробиться легче, даже не обладая при этом хорошей ударной техникой.

— Но я сам говорил с боксером Ковалевым. Он рассказывал, что у вас на турнире не попал даже в призы, хотя Ковалев — один из самых жестких нокаутеров.

— Ковалев — техничный боксер, он ориентирован на технику ударов без замаха. А на турнирах по силе удара бить лучше по-колхозному, включая в удар все тело. Плюс мне не раз встречались люди, имеющие генетическую предрасположенность к ударной технике, с хорошей взрывной силой и жесткой конструкцией кисти. Что позволяет им сразу показывать отличные результаты. 

— Еще говорят, что удар идет от ног. Если бить для максимальной силы, то да, от ног. Но в боях много раз наблюдал, что бьют так, чтобы время ударного движения было как можно меньше, чтобы противник на удар не успел среагировать. Поэтому ноги используют для перемещения, но реально бьют плечом, от бедра, а иногда вообще только рукой.

— Какую максимальную цифру вы видели на табло за все время измерений?

— На данный момент 771 кгс. Возможно, кто-то выбил бы и 800 кгс и немного больше. Но если вы прочтете, что кто-то бьет боксерским ударом тонну или выше, можете не верить. Если сделать мешок жестче и ударить в определенное место, то да, цифра будет больше, но это будет именно цифра на табло, а не показатель реальной физической величины (по запросу «сила удара Майка Тайсона» Google предлагает цифру 1800 кг). 

Читайте также:

• Блогер наглухо вырубил чемпиона UFC. Почему это не договорняк
• «Мага — это топ-5 в UFC». Большое интервью Шлеменко про бой с Исмаиловым
• «Скинул 49 кг к 16 годам». Он курил и дрался на улицах — теперь роняет людей в ММА и спаррингует с Волковым
• «Едь в свои Штаты». Российскому боксеру предложили 50 тысяч за отказ от боя в Самаре
• «Шокк проводил три спарринга в неделю. По самоотдаче он очень крутой мужик» — Цхададзе
• Чемпион UFC в 77 кг считается лучшим бойцом лиги. Мы узнали, что о нем думает непобежденный чемпион Bellator
• «С Магомедом живем в одном подъезде». Волков перед боем — про слова Емельяненко, ролик Исмаилова и напутствие Тактарова

С какой силой Земля притягивает яблоко, висящее на ветке? Вы скажите, с силой тяжести этого яблока. Но вот Ньютон этого не знал, когда сидел под яблоней. Несчастный первооткрыватель также не знал, с какой силой падающее яблоко приложится к его голове. На самом деле то, что Ньютон открыл свой великий закон притяжения после падения яблока, является лишь мифом, догадкой, легендой. Но не в этом суть. Иногда у нас возникают такие вопросы: «с какой силой боксёр бьёт грушу, человека?», «как её определить?», «от чего она зависит?», «как уцелеть в автомобильной аварии?» и, наконец, «как сильно яблоко ударило Ньютона?».

Яблоко, висящее на дереве, действительно притягивается к земле с силой своей тяжести. Эта сила постоянна во времени, то есть не меняется, и численно равна произведению массы яблока (например, 0,2 килограмма) на ускорение свободного падения (около 10 м/с*с).

То есть получим силу в 2 Ньютона. Именно такую силу нужно приложить, чтобы держать в руке наше яблоко.

Чтобы узнать ускорение свободного падения, можно бросить тело с высокой башни и вычислить из кинематических соображений быстроту, с которой тело набирало скорость, падая. Так и сделал в своё время Галилей. Формулу силы тяжести можно вывести и интуитивно: чем больше масса яблока и чем больше быстрота, с которой яблоко, падая, набирало скорость, тем больше его сила тяжести. Итак, с висящим яблоком разобрались. Теперь рассмотрим, с какой силой яблоко ударяется об голову Ньютона. Для наглядности перейдём к другой ситуации, а потом вернёмся к учёному.

Боксёр решил, что он натренировал свой кулак достаточно, и ударил с определённой силой по бетонной стене. В следующий миг, он усомнился в своих кулаках, испытав жгучую боль. Тогда боксёр надевает свои перчатки и снова бьёт в стену, причём с той же определённой силой. На этот раз боли он почти не почувствовал. Вы скажите, перчатки смягчили энергию удара, а может силу… Так что же именно? Перчатки не могут уменьшить энергию удара (вообще они её уменьшают, но не значительно). Они уменьшают лишь силу удара, а она по 3-ему закону нашего Ньютона как раз равна силе, с которой стена отталкивает назад кулак боксёра. Именно эта сила нам и нужна. А за счёт чего перчатки уменьшили силу удара? За счёт того, что они «размазали» или продлили удар во времени. Перчатки увеличили время контакта кулака со стеной. Без них время контакта было на несколько тысячных долей секунды меньше, чем с ними. Но этих миллисекунд хватает, чтобы время контакта в перчатках было больше времени контакта без них в несколько раз. Пусть в 5 раз. Тогда в 5 раз слабее ударит по стене боксёр и в 5 раз меньше боли при этом испытает. Естественно, я говорю о средней силе контакта, ведь на самом деле силу удара сначала увеличивается, потом уменьшается. Выведем интуитивно формулу для вычисления силы удара. Чем больше скорость, с которой двигался кулак до столкновения, чем больше его масса и чем меньше время контакта его со стеной, тем больше будет среднее значение силы, с которой кулак ударяется о стену. Только что мы с вами вывели 2-ой закон Ньютона в общем виде.  Эта  формула выглядит так:

в числителе стоит разница между скоростью кулака до удара и после него. В нашем примере кулак потом остановился, значит, скорость V₂ будет равна нулю. Из нашей формулы видно, что в бетонную стену бить больнее, чем в деревянную (ведь у деревянной стены время контакта больше, следовательно, знаменатель дроби больше и поэтому сила отдачи меньше), и что не следует бегать босиком по бетонному полу (ведь в этом случае нагрузка на коленный сустав в несколько раз выше, чем в случае, когда бегаешь по деревянному полу в обуви). Предостерегу: будете бегать босиком по бетону или кирпичу – износите свой коленный сустав и начнутся проблемы. Даже в тапках этого делать не следует. Лучше обувь с толстой подошвой. Это я заявляю вам из собственного жизненного опыта.

Возвращаясь к Ньютону и яблоку, оценим силу удара последнего. Падая с высота 3 метра, яблоко будет иметь скорость до удара порядка 8 метров в секунду. Пусть после удара оно отлетит в обратном направлении со скорость 2 метра в секунду (со знаком «–» раз в обратном направлении). И пусть время контакта – 0,004 секунды, то есть 4 миллисекунды. Это время можно измерять с помощью высокоскоростной камеры. Тогда по нашей формуле сила удара яблока составит 500 Ньютон, а это в 250 раз больше, чем сила притяжения яблока к Земле. Выглядит это неправдоподобно. Кажется, такая сила просто раздавит несчастного учёного. Но приняв тот факт, что сила эта действует на его голову лишь доли секунды, сказанное становится более реалистичным. Из всего этого можно сделать вывод: не сидите под яблонями.

Из вышесказанного следует: чем меньше время контакта в ударе, тем больше сила удара. Поэтому в автомобильных авариях везёт больше тем, кто сидит на задних сиденьях или у кого срабатывает подушка безопасности, ведь в этом случае они будут тормозить большее время и сила удара «размажется» во времени.

© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?