Человек одной рукой способен расколоть деревянную доску или разбить бетонный блок. Физика объясняет, почему у него не ломаются кости, когда он совершает данное действие.
В конце 1970-х годов команда физиков-любителей каратэ решила провести эксперимент, вдохновлённый их коллективной страстью к боевым искусствам. Группа состояла из физика Майкла Фелда, обладателя коричневого пояса, который любил иллюстрировать физику каратэ с помощью живых демонстраций на своих занятиях в Массачусетском технологическом институте; Рональда Макнейра, будущего астронавта и обладателя чёрного пояса; и студента Стивена Уилка.
«Образ каратиста, ломающего толстые деревянные доски и разбивающего бетонные блоки голыми руками, знаком каждому», – так начинается статья Фелда, Макнейра и Уилка, опубликованная в 1979 году. Физики хотели узнать, как можно голыми руками сломать деревянную доску или разбить бетонный блок, не получив при этом травмы. В чём же подвох?
Как оказалось, нет никакого подвоха: идеальный удар в каратэ – это не что иное, как точное применение законов Ньютона.
Флед, Макнейр и Уилк поместили дерево и бетонные блоки в гидравлический пресс, чтобы определить количество силы, необходимой для нарушения целостности этих предметов. Деревянная доска может согнуться примерно на сантиметр, прежде чем сломается – по отношению к ней нужно применить силу в 500 ньютонов. Поскольку бетонные блоки менее гибкие, чем дерево, то они расколются, если применить силу в 2500-3000 ньютонов. И поскольку при столкновении часть энергии теряется, то нужно приложить ещё большую силу, чтобы разбить блоки.
К счастью, человеческая рука способна генерировать очень высокую степень силы за короткий промежуток времени. Воздействие обычного удара длится всего около пяти миллисекунд. Благодаря теории и экспериментам команда физиков обнаружила, что за такой короткий промежуток времени «рука каратиста способна… сгенерировать силу, равную более 3000 ньютонов». Модель показывает, что рука должна достичь скорости 6,1 метра в секунду, чтобы разломать дерево, и 10,6 метров в секунду, чтобы разбить бетонный блок. «Такие скорости согласуются с наблюдением за новичками, которые способны разломать деревянную доску, но не разбить бетон, – пишет трио физиков. – Скорость руки новичка может достигать 6,1 метра в секунду, однако скорость 10,6 метра в секунду требует практики».
Фелд и Макнейр смогли продемонстрировать свои боевые навыки во время исследования. То, как они ударяли рукой по груде деревянных досок, было зафиксировано на камеру со скоростью 120 кадров в секунду. Это позволило измерить смещение, скорость и ускорение различных частей кулака. Снимки показали, что кулак сжимается и деформируется «до такой степени, что он едва ли ведёт себя как твёрдый объект».
Напрашивается вопрос: почему рука каратиста не травмируется силой удара? Всё дело в анатомии: кости человека в пять раз крепче бетона, и сломать их в пятьдесят раз труднее (чтобы сломать бедренную кость, нужно приложить силу в 25 000 ньютонов). Кости в руке способны с лёгкостью поглотить напряжение от удара. Конечно, именно техника обеспечивает реальную силу. Удар должен поразить доску точно по центру. Как пишут физики: «Требуемая точность делает каратэ превосходной дисциплиной – как в физическом, так и в умственном плане».
