Прочнее гранита

Прекрасной иллюстрацией прочности костей че­ловека может служить популярный сейчас вид спортивных упражнений - карате. Изображение каратеиста, разбивающего крепкие бруски дерева или бетона, обошло страницы многих журналов. Тем не менее, тому, кто видит это впервые, кажется, что это мистификация. Однако даже новичок в карате после недолгой тренировки сможет легко разбить голой рукой сначала один брусок дерева, а потом и целую их стопку.

Приемы японского стиля карате, который сейчас практи­куется, были разработаны на острове Окинава. Завоевав остров в XVII веке, японцы отобрали у местных жителей все виды оружия, запретили его производство и импорт. Чтобы защи­тить себя, окинавцы разработали систему приемов борьбы с помощью пустой (кара) руки (те). Методы карате значительно отличаются от приемов западных видов самообороны без ору­жия. Западный боксер передает большой импульс всей массе своего противника, сбивая его с ног, тогда как каратеист кон­центрирует свой удар на очень малом участке тела и старается завершить его на глубине не более 1 см, не делая при этом длинных махов руками. Поэтому удар каратеиста легко может разрушать ткани и кости противника, на которые он напра­влен. Хорошо натренированный каратеист может в течение не­скольких миллисекунд передавать в ударе мощность в несколь­ко киловатт. [2]

Возникает вопрос, как может голая рука разбивать такие прочные предметы, как дубовые или бетонные бруски, не ло­маясь сама? Чем больше брусок, тем труднее его разорвать. Чем эластичнее материал бруска, тем труднее его разорвать, так как большая энергия тратится на его растяжение. Как правило, в своих показательных выступлениях каратеисты используют бетонные кирпичи размером 0,4х0,2х0,05 м. Для таких брусков энергия, необходимая для разрыва бруска » 0,55 Дж. Скорость движущейся руки каратеиста составляет приблизительно 12м/с, а ее масса-0,7 кг.

Решим простую задачу. Энергия, переданная рукой каратиста, равна кинетической энергии руки.

W=m * v²/2=0,7*12²/2=50,4Дж.

Эта энергия много больше той, которая необходима для разрыва бруска. Таким образом, рука ка­ратеиста обладает достаточным запасом энергии, чтобы разрушить брусок из бетона.

То, что рука каратеиста не ломается при ударе о бетонный брусок, частично объясняется гораздо большей прочностью ко­сти по сравнению с бетоном. Высокоскоростная киносъемка ку­лака каратеиста в момент удара показала, что его замедле­ние при соприкосновении с бруском составляет примерно-4000 м/с²за 0,5 с. Рассчитаем силу, действующую на кулак, во время этого замедления.

Силу можно определить по второму закону Ньютона: F=ma

Ускорение найдем по формуле: a=(v-v₀)/ t

Получаем: а= (0-4000 м/с) 0,5 с=8000 м/с²

F=0,7кг*8000 м/с²=5600Н

Ес­ли весь кулак в момент удара заменить костью длиной 6 см и диаметром 2 см, фиксированной в двух крайних точках, а удар о брусок моделировать силой, действующей на ее сере­дину, то в таких условиях кость может выдержать 25000 Н. Это приблизительно в 4 раза больше, чем сила, действующая на кулак каратеиста при разламывании бетонных брусков.

Однако возможности у руки каратеиста противостоять таким ударам еще больше, так как в отличие от бетонного бруска она не под­держивается по краям и удар не приходится точно в середину. Кроме того, между костью и бруском бетона всегда находится эластичная ткань, амортизирующая удар.

Итак, ссылаться на хрупкость наших костей, оправдывая свою нерешительность, мы не вправе. Они не подведут

Второе исследование:

Я взял кость и решил проверить, в каком случае она крепче: при перпендикулярном давлении или продольном.

Рис. 6 Пресс с костью

Итак, при продольном давлении кость оказалась крепче, нежели при перпендикулярном.

Третье исследование:

В домашних условиях я решил проверить: при каком виде деформации кость окажется крепче, при продольном давлении или перпендикулярном.

Итог, кость как и в прошлом эксперименте оказалась крепче при продольном давлении, нежели при перпендикулярном.