Tući ili ne tući?
Pokušaj analize rizika od traume od udaraca u glavu golom šakom naspram udaraca boksačkom rukavicom.
Teorija utjecaja
Udar u mehanici je kratkotrajna interakcija tijela, uslijed koje se mijenjaju njihove brzine. Udarna sila ovisi, prema Newtonovom zakonu, o efektivnoj masi udarnog tijela i njegovom ubrzanju:
Riža. 1 Krivulja razvoja udarne sile u vremenu
F = m * a (jedan),
gdje
F - snaga,
m - masa,
a - ubrzanje.
Ako uzmemo u obzir utjecaj u vremenu, tada interakcija traje vrlo kratko - od deset tisućinki (trenutačni kvazielastični udari) do desetinki sekunde (neelastični udari). Udarna sila na početku udara brzo raste do maksimalne vrijednosti, a zatim pada na nulu (Sl. jedan). Njegova maksimalna vrijednost može biti vrlo velika. Međutim, glavna mjera interakcije udarca nije sila, već udarni impuls, numerički jednak površini ispod krivulje F (t). Može se izračunati kao integral:
(2)
gdje
S - udarni impuls,
t1 i t2 - vrijeme početka i završetka udara,
F (t) - ovisnost udarne sile F o vremenu t.
Budući da proces sudara traje vrlo kratko, u našem slučaju se može smatrati trenutnom promjenom brzina sudarajućih tijela.
U procesu udara, kao iu svim prirodnim pojavama, mora se poštivati zakon održanja energije. Stoga je prirodno napisati sljedeću jednadžbu:
E1 + E2 = E`1 + E`2 + E1p + E2p(3)
gdje
E1 i E2 - kinetičke energije prvog i drugog tijela prije udara,
E`1 i E`2 - kinetičke energije nakon udara,
E1p i E2p - gubici energije tijekom udara u prvom i drugom tijelue.
Što učiniti u slučaju pljačke? Sigurnosne mjere za sukobe na ulici
Odnos između kinetičke energije nakon udara i gubitka energije jedan je od glavnih problema teorije udara.
Slijed mehaničkih pojava pri udaru je takav da dolazi do prve deformacije tijela pri čemu se kinetička energija gibanja pretvara u potencijalnu energiju elastične deformacije. Tada se potencijalna energija vraća na kinetičku. Ovisno o tome koliko potencijalne energije ide u kinetičku, a što se gubi, rasipa na zagrijavanje i deformaciju, postoje tri vrste udara:
- Apsolutno otporan udar - sva mehanička energija je očuvana. Ovo je idealizirani model sudara, međutim, u nekim slučajevima, na primjer, u slučaju udara biljarskih loptica, uzorak sudara je blizak apsolutno elastičnom udaru.
- Apsolutno neelastičan udarac - energija deformacije se u potpunosti pretvara u toplinu. Primjer: doskok u skokovima i sjahanju, udaranje plastelinske loptice o zid itd. P. U slučaju apsolutno neelastičnog udara, brzine tijela u interakciji nakon udara su jednake (tijela se drže zajedno).
- Djelomično neelastični udar - dio energije elastične deformacije pretvara se u kinetičku energiju gibanja.
U stvarnosti, svi šokovi su ili apsolutno ili djelomično neelastični. Newton je predložio karakterizirati neelastični udar takozvanim koeficijentom oporavka. Jednaka je omjeru brzina tijela u interakciji nakon i prije sudara. Što je ovaj koeficijent manji, to se više energije troši na nekinetičke komponente E1p i E2p (zagrijavanje, deformacija). Teoretski, ovaj se koeficijent ne može dobiti, on se utvrđuje empirijski i može se izračunati pomoću sljedeće formule:
(4)
gdje
v1, v2 - brzine tijela prije udara,
v`1, v`2 - nakon udarca.
Kako izbjeći svađu?
Pri k = 0 udar će biti apsolutno neelastičan, a pri k = 1 apsolutno elastičan. Faktor oporavka ovisi o elastičnim svojstvima sudarajućih tijela. Na primjer, bit će drugačije kada teniska loptica udari u različita tla i rekete različitih vrsta i kvaliteta. Koeficijent oporavka nije samo karakteristika materijala, jer ovisi io brzini interakcije udarca - smanjuje se s povećanjem brzine. Referentne knjige prikazuju vrijednosti koeficijenta oporavka za neke materijale za brzinu udara manju od 3 m / s.
Biomehanika utjecaja
Udarne akcije u biomehanici su radnje čiji se rezultat postiže mehaničkim udarom. U udaraljkama se razlikuju:
- Swing - kretanje koje prethodi udarnom kretanju i dovodi do povećanja udaljenosti između udarne karike tijela i predmeta na koji je udar udaren. Ova faza je najvarijabilnija.
- Udarni pokret - od kraja zamaha do početka udarca.
- Interakcija utjecaja (ili stvarni utjecaj) - sudara udarnih tijela.
- Kretanje nakon udara - kretanje udarne karike tijela nakon prestanka kontakta s predmetom na koji je udaren.
Kod mehaničkog udara, brzina tijela (na primjer, lopte) nakon udarca je veća, što je veća brzina udarne karike neposredno prije udara. Kada se bavite sportom, ova ovisnost nije obavezna. Na primjer, kada servirate u tenisu, povećanje brzine reketa može dovesti do smanjenja brzine lopte, budući da je udarna masa tijekom udaraca koje izvodi sportaš nestabilna: ovisi o koordinaciji njegovih pokreta. Ako se, na primjer, udarac izvodi savijanjem ruke ili opuštenom rukom, tada će samo masa reketa i šake u interakciji s loptom. Ako je u trenutku udara udarna karika fiksirana aktivnošću mišića antagonista i takoreći je jedno čvrsto tijelo, tada će masa cijele ove karike sudjelovati u interakciji udarca.
Kakav je život školskih nasilnika?
Ponekad sportaš baci dva pogotka istom brzinom, a brzina lopte ili snaga udarca je različita. To je zato što udarna masa nije ista. Vrijednost udarne mase može se koristiti kao kriterij učinkovitosti tehnike udaranja. Budući da je prilično teško izračunati udarnu masu, učinkovitost interakcije udarca procjenjuje se kao omjer brzine projektila nakon udara i brzine udarnog elementa prije udara. Ovaj se pokazatelj razlikuje u različitim vrstama štrajkova. Na primjer, u nogometu varira od 1,20 do 1,65. Ovisi i o težini sportaša.
Neki sportaši s vrlo jakim udarcem (u boksu, odbojci, nogometu itd.), ne razlikuju se po velikoj mišićnoj snazi. Ali oni znaju dati veliku brzinu udarnom segmentu i u trenutku udara stupiti u interakciju s pogođenim tijelom s velikom udarnom masom.
Mnoge udarne sportske akcije ne mogu se smatrati "čistim" štrajkom, čija je osnova teorije iznesena gore. U teoriji udarca u mehanici pretpostavlja se da do udara dolazi tako brzo, a da su udarne sile toliko velike da se sve ostale sile mogu zanemariti. U mnogim udarnim sportovima u sportu ove pretpostavke nisu opravdane. Iako je vrijeme udara u njima kratko, ipak se ne može zanemariti; put interakcije udarca, duž kojeg se udarna tijela pomiču zajedno tijekom udara, može doseći 20-30 cm.
Stoga je u sportskim udarnim akcijama u načelu moguće promijeniti zamah tijekom sudara zbog djelovanja sila koje nisu povezane sa samim udarom. Ako se udarna veza tijekom udarca dodatno ubrza zbog mišićne aktivnosti, povećava se udarni impuls i, sukladno tome, brzina odlaska projektila; ako se proizvoljno uspori, impuls udarca i brzina odlijetanja se smanjuju (to je ponekad potrebno za točne kratke udarce, na primjer, prilikom dodavanja lopte partneru). Neki udarni pokreti, u kojima je dodatno povećanje zamaha tijekom sudara vrlo veliko, općenito su nešto između bacanja i udaranja (ovako se ponekad izvodi druga brzina u odbojci).
Kako se odbiti od čopora pasa?
Koordinacija pokreta s najjačim udarima podliježe dvama zahtjevima:
- poruka najveće brzine udarnoj karici u trenutku kontakta s udarnim tijelom. U ovoj fazi kretanja koriste se iste metode povećanja brzine kao i u drugim pokretnim radnjama;
- povećanje udarne mase u trenutku udara. To se postiže "fiksiranjem" pojedinih karika udarnog segmenta istovremenim uključivanjem mišića antagonista i povećanjem radijusa rotacije. Na primjer, u boksu i karateu, sila udarca desnom rukom približno se udvostručuje ako os rotacije prolazi u blizini lijevog ramenog zgloba, u usporedbi s udarcima u kojima se os rotacije poklapa sa središnjom uzdužnom osi tijela. .
Vrijeme udara je toliko kratko da više nije moguće ispraviti učinjene pogreške. Stoga je točnost udarca presudno osigurana ispravnim radnjama tijekom zamaha i udarnog pokreta. Na primjer, u nogometu mjesto postavljanja potporne noge određuje točnost cilja za početnike za oko 60-80%.
Taktike sportskih natjecanja često zahtijevaju neočekivane udarce za neprijatelja ("skrivene"). To se postiže izvođenjem udaraca bez pripreme (ponekad i bez zamaha), nakon varljivih pokreta (finte) itd. P. U tom slučaju se mijenjaju biomehaničke karakteristike udaraca, budući da se u takvim slučajevima izvode, najčešće zbog djelovanja samo distalnih segmenata (udarci zglobom).
Distalno - [npr. kraj, falanga] (distalis) - kraj mišića ili kosti uda ili cijele strukture (falanga, mišić) najudaljeniji od tijela.
Opstanak u gradu. Kako se izvući iz nevolje kada je napadnut?
Udarac sa i bez boksačke rukavice
Nedavno su se u nekim sportskim krugovima razbuktale ozbiljne polemike o većoj traumatizaciji mozga moždanog udara boksačkom rukavicom nego golom rukom. Pokušajmo dobiti odgovor na ovo pitanje koristeći dostupne podatke istraživanja i elementarne zakone fizike.
Odakle bi takve misli mogle doći?? Usuđujem se to sugerirati uglavnom iz promatranja procesa udaranja u boksačku vreću. Bilo je studija u kojima su Smith i Hemil, u svom radu objavljenom 1986. [2], mjerili brzinu šake sportaša i brzinu boksačke vreće. Strogo govoreći, opasnost od potresa mozga određena je veličinom ubrzanja glave, a ne brzinom. Međutim, prema prijavljenoj brzini vreće, može se samo posredno suditi o veličini ubrzanja, t.Do. pretpostavlja se da je ta brzina razvijena u kratkom vremenskom razdoblju udara.
Vreća je pogođena na tri različita načina: golom šakom, karate rukavicom i boksačkom rukavicom. Doista, brzina vreće prilikom udaranja rukavicom bila je oko 15% veća nego kod udaranja šakom. Razmotrite fizičku pozadinu studije. Kao što je gore spomenuto, svi udari su djelomično neelastični i dio energije udarne veze troši se na zaostalu deformaciju projektila, a ostatak energije se troši na prenošenje kinetičke energije projektilu. Udio ove energije karakterizira faktor oporavka.
Napad u liftu ili stubištu. Kako ne postati žrtva i biti spašen?
Odmah napravimo rezervaciju radi veće jasnoće da kada se uzme u obzir energija deformacije i energija translacijskog gibanja, velika energija deformacije igra pozitivnu ulogu, t.j.Do. manje energije ostaje za translatorno gibanje. U ovom slučaju govorimo o elastičnim deformacijama koje ne predstavljaju opasnost po zdravlje, dok je energija translacijskog gibanja izravno povezana s ubrzanjem i opasna je za mozak.
Izračunajmo faktor oporavka vreće za boksanje prema podacima koje su dobili Smith i Hemil. Težina torbe bila je 33 kg. Eksperimentalni rezultati pokazali su male razlike u brzini šake za različite vrste rukavica (gola šaka: 11.03 ± 1.96 m/s, s karate rukavicom: 11.89 ± 2.10 m/s, s boksačkom rukavicom: 11.57 ± 3.43 m/s). Prosječna brzina šake bila je 11.5 m/s. Pronađene su razlike u momentu torbe za različite vrste rukavica. Pogodak boksačkom rukavicom izazvao je veći impuls vreće (53.73 ± 15.35 N • s) nego udarac golom šakom (46.4 ± 17.40 N • s) ili u karate rukavici (42.0 ± 18.7 N • s), koji su imali gotovo jednake vrijednosti. Da biste odredili brzinu vrećice prema njezinu impulsu, podijelite impuls vrećice s njezinom masom:
v = p/m (5)
gdje
v - brzina vrećice,
p - impuls vrećice,
m - težina vrećice.
Koristeći formulu za izračun faktora oporavka (4) i uz pretpostavku da je brzina šake nakon udarca nula, dobivamo vrijednost za udarac golom šakom oko 0,12, t.j.e. k = 12%. Za slučaj pogotka boksačkom rukavicom k = 14%. To potvrđuje naše životno iskustvo – udarac u vreću za boksanje gotovo je potpuno neelastičan i gotovo sva energija udarca odlazi na njezinu deformaciju.
Posebno treba napomenuti da je šaka u karate rukavici imala najveću brzinu. Zamah torbe pri udaru karate rukavicom bio je najmanji. Udarci golom šakom u ovoj studiji bili su srednji. To se može objasniti činjenicom da su se sportaši bojali ozlijediti ruku i refleksno su smanjivali brzinu i snagu udarca. Pri udaru karate rukavicom takav strah se nije javljao.
Kako vratiti?
A što će biti s udarcem u glavu? Osvrnimo se na još jednu studiju Valilka, Viana i Bira iz 2005. [3], koja je istraživala boksačke udarce rukavicama na posebno dizajniranoj lutki (Sl.2). U ovom radu detaljno su istraženi svi parametri udarca i udarca na glavu i vrat lutke. Vrat manekena bio je elastična metalna opruga, pa se ovaj model može smatrati modelom boksača spremnog za udar s napetim mišićima vrata. Iskoristimo podatke o translacijskom kretanju glave lutke i izračunajmo faktor oporavka (k) za izravan udarac u glavu.
Riža. 2 Istraživanje Valilka, Viana i Bira - boksač udara lutku.
Prosječna brzina ruke prije udara bila je 9,14 m/s, a prosječna brzina glave nakon udara 2,97 m/s. Dakle, prema istoj formuli (4), faktor povrata je k = 32%. To znači da je 32% energije otišlo u kinetičko kretanje glave, a 68% u deformaciju vrata i rukavica. Govoreći o energiji deformacije vrata, ne govorimo o geometrijskoj deformaciji (zakrivljenosti) vratne kralježnice, već o energiji koju su vratni mišići (u ovom slučaju opruga) utrošili da bi glava ostala nepomična. Zapravo, to je energija otpora na udar. Deformacija lica manekena, kao i lubanje lica, ne dolazi u obzir. Ljudske kosti su vrlo jak materijal. Stol. Na slici 1 prikazan je koeficijent elastičnosti (Youngov modul) nekoliko materijala. Što je ovaj koeficijent veći, to je materijal tvrđi. Tablica pokazuje da je krutost kosti malo inferiornija od betona.
stol 1. Koeficijenti elastičnosti (Youngovi moduli) različitih materijala.
Materijal | Youngov modul |
Željezo | 200 GPa |
Beton | 20 GPa |
Kost | 10 GPa |
Guma | 0,001 GPa |
Kako se boriti u uličnoj tučnjavi? Tajne poraza huligana
Kolika je stopa oporavka od udarca golom šakom u glavu?? O tome nema istraživanja. No, pokušajmo shvatiti moguće posljedice. Kod udaranja šakom, kao i kod udaranja rukavicom, najveći dio energije preuzet će mišići vrata, naravno pod uvjetom da su napeti. U radu Valilka, Viana i Beera nemoguće je odvojiti energiju deformacije rukavice od energije deformacije vrata lutke, ali se može pretpostaviti da je lavovski dio ukupne energije deformacije otišao u deformaciju vrata. Stoga možemo pretpostaviti da kod udarca golom šakom razlika u stopi oporavka neće prelaziti 2-5% u odnosu na udarac rukavicom, kao što je bio slučaj u radu Smitha i Hemila, gdje je razlika bio 2%. Očito, razlika od 2% je beznačajna.
Navedeni proračuni napravljeni su na temelju podataka o pravolinijskom ubrzanju glave nakon udara. Ali unatoč svojoj relativnoj složenosti, vrlo su daleko od predviđanja traume udarca. Engleski fizičar Holborn, koji je radio s gel modelima mozga 1943., bio je jedan od prvih koji je iznio rotacijsko ubrzanje glave kao glavni parametar ozljede mozga [4]. U radu Ommaija i sur. [5] navodi da rotacijsko ubrzanje od 4500 rad/s2 rezultira potresom mozga i teškom ozljedom aksona. Raniji rad istog autora navodi da rotacijsko ubrzanje iznad 1800 rad/s2 stvara 50% šanse za potres mozga. Članak Valilka, Viana i Bira [3] daje parametre 18 različitih poteza. Ako uzmemo istog boksača i njegov udarac brzinom ruke od 9,5 m / s i udarcem brzinom od 6,7 m / s, tada je u prvom slučaju faktor oporavka 32%, a u drugom je već 49 %. Prema svim našim izračunima, pokazalo se da je drugi udarac traumatičniji: veći faktor oporavka (više energije potrošeno je u translacijskom kretanju glave), velika efektivna masa (2,1 kg i 4,4 kg), nešto veća ubrzanje glave (67 g i 68 g). Međutim, ako usporedimo rotacijsko ubrzanje glave uzrokovano ova dva udarca, vidjet ćemo da je prvi udarac traumatskiji (7723 rad/s2 odnosno 5209 rad/s2). Štoviše, razlika u brojkama je prilično značajna. Ova činjenica ukazuje da trauma udarca ovisi o velikom broju varijabli i da se ne može voditi samo jednim impulsom p = mv, ocjenjujući učinkovitost udarca. Ovdje je od velike važnosti i mjesto udara, kako bi se izazvala najveća rotacija glave. U vezi s navedenim podacima, ispada da faktor boksačke rukavice kod ozljeda i potresa mozga ne igra veliku ulogu.
Kako ne otupjeti od straha i ne pasti u stupor pred nadolazećom opasnošću?
Sumirajući naš članak, napominjemo sljedeće. Čimbenici koji utječu na ozljede mozga prilikom udaranja sa i bez boksačke rukavice ne razlikuju se značajno i mogu se mijenjati u jednom ili drugom smjeru, ovisno o boksaču i vrsti udarca. Puno značajniji čimbenici koji utječu na potres leže izvan dotične ravnine, poput vrste i mjesta udarca u glavu, koji određuju njezin rotacijski moment.
Pritom ne smijemo zaboraviti da su boksačke rukavice namijenjene prvenstveno zaštiti mekih tkiva lica. Udarci bez rukavica uzrokuju oštećenja kostiju, zglobova i mekog tkiva i kod napadača i kod napadnutog sportaša. Najčešća i najbolnija od njih je boksačeva ozljeda zgloba.
Boksački zglob je pojam dobro poznat u sportskoj medicini koji se koristi za opisivanje ozljede šake - oštećenja zglobne čahure metakarpofalangealnog zgloba (obično II ili III), odnosno vlakana koja drže tetivu ekstenzora prstiju.
Opasnost od zaraze raznim infekcijama, uključujući viruse hepatitisa C ili HIV-a te niz drugih neugodnih posljedica, uključujući i neprivlačan izgled, na sve načine odbacuju tezu da je borba golim rukama sigurnija za zdravlje.
Reference:
jedan. Lamash B.E. Predavanja iz biomehanike. https: // www.dvgu.ru / meteo / knjiga / BioMechan.htm
2. Smith PK, Hamill J. Učinak tipa rukavice za probijanje i razine vještine na prijenos zamaha. 1986, J. Pjevušiti. Mov. Klinac. vol.12, str. 153-161 (prikaz, stručni).
3. Walilko T.J., Viano D.C. i Bir C.A. Biomehanika glave za olimpijske boksače udarce u lice. 2005., Br J Sports Med. vol.39, str.710-719 [PDF]
4. Holbourn a.H.S. Mehanika ozljede glave. 1943, Lancet. vol.2, str.438-441 (prikaz, stručni).
5. Ommaya A.K., Zlatar W., Thibault L. Biomehanika i neuropatologija ozljeda glave odraslih i djece. 2002, Br J Neurosurg. vol.16, broj 3, str.220-242 (prikaz, stručni).
Kako preživjeti masovnu tučnjavu?
6. sportska medicina.ru