Его величество удар – правда, легенды, гипотезы

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 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 все 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 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 ее значение в процессе соударения.

Бросим не очень сильно стакан в стенку, чтобы он разбился. Если он попал в ковер, 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 жестче, и поэтому стакан разбился. Как мы видим, сила, действующая на стакан, оказалась зависящей не только от силы Вашего броска, но также и от жесткости 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 произведенного удара влияет мало, так как очень низка ее 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, сообщенная мишени при ударе, в основном (на 50–70%) определяется как раз именно этой массой.

Вернемся к силе удара. Сила удара (F) в конечном счете зависит от массы (m), размеров (S) и скорости (v) ударной конечности, формы ударной воронки (C, изменяется от 0 до 1 и равна 1 для цилиндрической воронки), а также от массы (M) и жесткости (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 придется в основном принять на веру.

1. Прямой удар – самый слабый из ударов, хотя и требует хорошей техники исполнения и особенно чувства дистанции.

2. Удар локтем всего лишь немного сильнее прямого удара. И при кажущейся простоте требует своей техники и навыка (иначе он будет слабее прямого). Его разрушительность заключена в жесткости всей ударной конструкции и поверхности.

3. Сила бокового удара за счет скорости ударной конечности всегда выше, чем прямого. Причем при поставленном ударе эта разница достигает 60–80%. Поэтому боковые удары самые нокаутирующие.

4. Удар наотмашь, самый легкий по технике исполнения и не требующий хорошей физической подготовки, практически самый сильный среди ударов рукой.

5. Удар ногой немного проигрывает боковому удару в скорости, но все равно сильнее за счет массы и особенно площади ударной конечности.

Еще раз подчеркнем, что удары рассмотрены с позиции силы, а не по величине наносимых повреждений.

Снарядные перчатки ослабляют удары на 5–7%.

Перчатки, используемые для соревнований, ослабляют удары на 25–30%.

Чтобы получить нокаут, достаточно пропустить удар в челюсть силой 400–500 кгс. Для жесткой челюсти это маленькая величина – ударив аналогичным образом по мешку рукой в перчатке, получим 300–400 кгс, а рукой без перчатки – всего 200–300 кгс. А это удар обыкновенного взрослого мужчины или спортивного юнца. (Поэтому появились легенды, что достаточно удара в 50 кг в челюсть, чтобы отправить человека в бессознательное состояние, но эти легенды основаны на отсутствии информации о реальной силе удара.) Зато удар в лоб 1000–2000 кгс никого в нокаут не отправит, и можно даже повредить ударную конечность. Для остальных, более мягких частей черепа, достаточно удара в 600–1000 кгс. Отсюда вывод – мозг не сотрясений боится, а гидродинамических ударов и просто ушибов. Производителям защитной экипировки следует учесть, что надо не просто смягчить (погасить) удар, а нужно перераспределять давление как в защитных касках.

Для ориентира результаты измерений силы поставленных ударов должны быть следующими:

– Для весовой категории 50–60 кг: прямой – 300–400 кг, боковой – 500–600 кг.

– Для весовой категории 60–70 кг: прямой – 400–500 кг, боковой – 600–800 кг.

– Для весовой категории 70–80 кг: прямой – 450–600 кг, боковой – 700–900 кг.

– Для весовой категории 80–90 кг: прямой – 500–700 кг, боковой – 800–1100 кг.

Для истинных талантов и гениев результаты могут быть выше на 20–30%.