Tópico: Fisica dos golpes

[RicardoAGCosta]

A F�SICA DOS GOLPES DE KARATÊ
 
 
 
Autor: JON CHANANIE - 1999
Universidade de Virginia, Charlottesville, VA 22903
 
 
 
Tradução: Daniel Falcão - 2006

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�ndice
 
1.  Introdução ... 3
2.  Força, Momento e Energia de Deformação ............................................................ 3
3.  Atacando Superfícies .................................................................................................. 5
4.  Foco Do Ataque ... 6
5.  Uso Da Massa Do Corpo............................................................................................ 7
6.  Especificações Do Impacto........................................................................................ 7
7.  Trabalhos Consultados ............................................................................................... 8
 


1. Introdução
 
Recentemente, a antiga arte ocidental do karatê-dô (literalmente traduzido
do Japonês como "a arte das mãos vazias") ficou popular no mundo. Os
Karatekas normalmente quebram taboas, blocos e outros objetos sólidos para
demonstrar a força que o treinamento desenvolve. Muito pode ser dito sobre a
história e cultura associada a expansão desta arte marcial, mas este estudo – isto
não é nada mais que um artigo científico – vai examinar a mecânica da colisão de
um ataque de mão contra um objeto sólido.
 
2.  Força, Momento e Energia de Deformação
 
Dizer que objetos maiores se movendo a uma alta velocidade atingem com
mais força que objetos menores se movendo mais devagares é fácil dizer. Na
tentativa de se quebrar uma  taboa, o karateka procura atingi-la o mais forte
possível. Isto quer dizer que o karateca deve mover sua arma (ou para este
estudo, sua mão) o mais rápido possível, visando atingir o mais forte o possível.
Mas o que faz para que a “mão� seja forte? Para isto existem duas respostas,
ambas matematicamente corretas. A primeira observa a colisão em termos de
força e momento; a segunda observa a colisão em termos de energia. 
Força (F) é igua a aceleração (a) vezes a massa (m): F=m.a. Momento (p)
é massa (m) vezes  velocidade (v):  p=m.v. Uma vez que a aceleração varia a
velocidade em relação ao tempo (t) (em outras palavras, a aceleração é a
derivada da velocidade em relação ao tempo), a força é a derivada do momento
em relação ao tempo. Equivalentemente,  força vezes tempo é igual ao impulso
(Δp): Δp=F· t. Isto é significante porque o momento é uma grandeza conservativa.
Não pode ser criada nem destruída, mas passada de um objeto (a mão) para outro
(a taboa). Isto é conseqüência da terceira lei de Newton, onde diz que se um
objeto exerce uma força em outro objeto por um determinado tempo, o outro
objeto exerce a mesma força no mesmo  sentido mas em direção oposta (a força é
uma grandeza vetorial) pelo mesmo período de tempo e o segundo objeto ganha a mesma quantidade de momento que o primeiro perde. O momento, portanto, é
transferido. Como o impulso (Δp) é uma quantidade fixa, F e t são
necessariamente inversamente proporcionais. Um impulso pode ceder tanta
quantidade de momento transferindo uma  grande quantidade de força em um
período curto de tempo como transferindo pequenas quantidades de força por
períodos longos.
Porque, então, o movimento da mão do karateka deve ter a maior
velocidade possível? Porque se a mão se move rapidamente, seria o mesmo que
desacelerar (falando especificamente, acelerar na direção oposta à da direção do
percurso) mais rapidamente em resposta à força que a taboa exerce contra a
colisão, segundo a terceira lei de Newton (ação e reação). Se a quantidade de
tempo envolvida na transferência  do momento for igualmente pequena, a
quantidade de força que será transferida para o alvo será alta. Esta transferência
súbita de grandes quantidades de força na parte da taboa que é atingida
experimenta uma forte aceleração. Se uma parte da taboa acelera mais em
relação às outras partes (que estão  sendo seguradas ou apoiadas), ocorre a
quebra. 
Este mesmo fenômeno pode ser analizado em termos de transferência de
energia resultando em deformação plástica. Dado um objeto com massa m1 em
repouso (a taboa) e outro objeto com massa m2 (a mão do karateka) se movendo
em alta velocidade v se movendo na direção do impacto e ignorando as perdas de
energia devido a produção de calor e som, a quantidade de energia do sistema
perdida para a deformação (ΔE) é dada pela fórmula:

[RicardoAGCosta]

ΔE = ((1-e2)  *  m1 * m2  *v2
              2          m1+m2

onde e é o coeficiente de restituição, que mede o quanto elástica será a colisão.
Isto determina a dureza ou maciez dos objetos que colidem, que juntamente com
a velocidade determina o impulso. Se objetos duros colidem (para uma colisão
inelástica, e=0), eles se  acelerarão um ao outro rapidamente, transferindo uma
grande quantidade de força em uma pequena quantidade de tempo enquanto

objetos macios colidem (para uma colisão perfeitamente elástica, e=1) transferem
pequenas quantidades de energia de um objeto para o outro por uma grande
quantidade de tempo. A diferença entre a duração que o momento leva para ser
transferido e a quantidade de força em um dado instante mostra porque socar um
travesseiro com a parte macia da mão machuca menos que socar um tijolo com as
juntas dos dedos (seiken)
1
.
 Como  ΔE é proporcional ao quadrado  da velocidade, quanto mais
velocidade a mão tiver, mais energia será transferida para a táboa. Em termos
simples, se a taboa receber mais energia que sua estrutura possa suportar, ela
quebrará. Mais rigorosamente analizado, a transferência de energia causará a
deformação da taboa. Este processo é chamado  trabalho (W). Trabalho é força
vezes distância (d):  W=F.d. Se a área atingida da taboa for deformada uma
distância suficiente, ela quebrará. Uma vez que a distância que ela se deformará
depende da quantidade de energia transferida para ela e a quantidade de energia
transferida depende da velocidade da mão do karateka, um golpe a alta
velocidade provavelmente quebrará a taboa.
 
3. Atacando Superfícies
 
  Qualquer artista marcial que tenha alguma vez tentado quebrar uma taboa
com uma técnica de mão imprópria pode atestar a dor física associada ao
impacto. A mão humana é um complexo sistema de ossos conectados por tecidos
e muito pode ser dito sobre a importância do correto alinhamento da mão no
momento do quebramento. Do  ponto de vista físico, no entanto, o que é crucial
sobre a posição da mão no momento do impacto sobre as fórmulas de força,
momento e energia de deformação são dados em unidade de área. Minimizando a 
área da mão envolvida na colisão com a taboa, o karateka minimiza a área do alvo
cuja força e energia será transferida  e portanto maximizando a quantidade de
força e energia transferida por unidade de área. Considere um artista marcial
capaz de atacar com 190 Joules (J) de energia. Uma mão humana fechada típica
                                                 
1
 N.T.: a comparação está descrita no texto original apesar de não ter lógica. tem 9 cm de comprimento incluindo os dedos contra 6 cm de altura2
, o que
significa que um ataque com a mão  inteira desprende 190 J sobre 54 cm2
,
aproximadamente 3,51 J/cm2
. No entanto, o karateka atinge o alvo com apenas
parte da mão, aproximadamente 4 cm de comprimento por 6 de altura (seiken), e
os 190 J serão dispersados em 24 cm2
. O ataque terá 7,92 J/cm2
, mais que
dobrando o tamanho do dano que a mesma mão pode ceder – com a mesma
quantidade de energia dispersada, uma  área menor entrega mais energia por
unidade de área. É por isso que o artista marcial busca usar a menor superfície
possível, não apenas nas mãos, mas os pés, cotovelos e outros ataques

[RicardoAGCosta]

4.  Foco Do Ataque
 
Faixas pretas de karatê sempre aconselham faixas brancas antes que eles
tentem o quebramento a não quebrar as taboas, mas sim o chão embaixo delas.
Isto é para assegurar que a mão não desacelerará antes do contato com o alvo,
um erro que os principiantes cometem, receosos de ferir-se por
momentaneamente hesitar. A alta velocidade da mão é crítica para o sucesso do
quebramento, e os dados obtidos de filmes de alta velocidade mostram que a
velocidade máxima da mão é atingida a 75% de extensão do braço.
Intuitivamente, isto faz sentido. Uma vez que a mão não pode se mover a uma
distância maior que a do braço, deve haver uma velocidade 0 (zero) quando o
braço está esticado. Isto implica que a mão deve desacelerar um pouco antes da
extensão completa. Iniciantes são aconselhados a atingir um alvo imaginário além
do seu braço 25% tornando assim mais preciso o ataque típico do que o
encorajamento de mirar o chão, mas o princípio físico é o mesmo: a velocidade máxima da mão é atingida quando o foco do ataque está além da superfície alvo.

5.  Uso Da Massa Do Corpo
 
Note que  massa é um coeficiente nas fórmulas para força, momento e
transferência de energia: todos os três são diretamente proporcionais à massa.
Desde de que a massa de um ser humano e o tempo necessário para o ataque
sejam constantes – um karateca com massa corporal de 70 kg vai ter uma massa
corporal de 70 kg após o ataque – a massa é freqüentemente e erroneamente
desprezadas como uma constante nas equações de força, momento e impulso. O
que importa não é a massa corpórea do karateka, mas sim quanta massa está
envolvida no ataque. Uma massa corpórea  de 70 kg contribuem com o ataque
está muito ligada ao controle do karateca. É portanto crucial não usar o braço
sozinho como uma arma e esperar por uma força e energia suficiente para
quebrar o alvo. O corpo inteiro deve ser usado, girando os quadris e forçando as
pernas em direção ao alvo. Isto explica porque boxeadores raramente são
nocauteados por jabs, quando apenas pouco mais que a massa do braço contribui
com o soco, mas são freqüentemente nocauteados por ganchos, quando a massa
do corpo inteiro é atirado junto com o soco. O mesmo princípio de uso da massa
corpórea para um ataque se aplica às técnicas de quebramento

[RicardoAGCosta]

6.  Especificações Do Impacto
 
  Considere agora o processo de quebramento da perspectiva do alvo.
Quando a força de ataque é aplicada à taboa ou blocos, ela é acelerada em
resposta à força. O ponto chave é que a aceleração não é uniforme – a área onde
a força é aplicada (centro do alvo, se o ataque for corretamente focado) acelera
muito mais que as outras regiões externas do alvo, que estão sendo seguradas ou
apoiadas. Este esforço localizado, a resposta à influência da tensão provocada
pelo ataque inicia a ruptura. O esforço proporciona a deformação do alvo, que
ocorre quando o topo da superfície é comprimida e a base é alongada. Por causa
a composição molecular, os materiais como madeira e blocos suportam
compressão melhor que a tração. Isto é por causa disso que o processo de quebra se inicia na parte inferior. Uma madeira lisa quebra quando a rachadura alcança a
parte superior.

7. Trabalhos Consultados
 
1.  Bardosi, Z., “Kintematical Movement Evaluation of the Straight-line Karate
Techniques.� Proceedings of the Eighth International Symposium of the Society of
Biomechanicsin Sports, July 3–9, 1990, Prague, Czechoslovakia, 23-30 (1990).
 
2. Bloomfield, Louis A., How Things Work: the Physics of Everyday Life. New York: John
Wiley & Sons, Inc. (1977).
 
3. Walker, Jearl D., “Karate Strikes.� American Journal of Physics 43, 845-849 (1975).
 
4. Wilk, S.R. et al., “The Physics of Karate.� American Journal of Physics 51, 783- 790
(1983)

[Toha]

Que tradução ruim!
Você não teria o artigo em inglês?
Ajudaria a entender melhor o trabalho.
 
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