Questão:
O que é que foi isso?! Quantificando o impacto de um golpe de artes marciais
user16
2015-02-23 03:22:16 UTC
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Medir coisas como o golpe de um artista marcial pode ser desafiador porque é um movimento complexo e o vernáculo comum usa termos imprecisos ou incorretos. Esta pergunta é uma tentativa de identificar as medidas aplicáveis ​​(quantificação) e as unidades corretas por trás desses números.


Histórico:
Em uma pergunta recente meu, pedi sensores que pudessem ser usados ​​para medir o golpe de um artista marcial, como um chute ou soco. Minha intenção principal era demonstrar ao aluno como sua técnica melhorava seu golpe. As respostas lá são ótimas e definitivamente respondem à minha pergunta.

O que levou a essa pergunta é que recebi um comentário de acompanhamento, esclarecedor, perguntando se eu queria medir a força, energia ou potência. Ao que respondi que simplesmente precisava de algo mensurável para mostrar a diferença ou melhoria para o aluno.

Houve um comentário subsequente * que me fez pensar:

Com base no que você escreve aqui, gostaria de acrescentar que não é nem força, nem pressão, nem energia que você realmente deseja medir.

* sup > O comentário já foi excluído, mas comecei esta pergunta logo depois que foi deixado.

O que me fez pensar sobre o segundo comentário é que vi muitas referências usando unidades de força, existem outras maneiras de quantificar um ataque de artes marciais.

Por exemplo:

  • Esta referência prefere usar 'força' e condena o uso de 'pressão'
  • Esta referência também usa força, mas confunde sua terminologia ao descrever aceleração e velocidade, então seu uso de terminologia é suspeito.
  • Esta referência se concentra na velocidade, impulso e energia.
  • Esta referência erence usa $ lb_F $ para suas medições. Coincidentemente, esta é a série que me iniciou na minha linha de pensamento original com a outra pergunta.

Minha pergunta:
Qual é a terminologia correta para medir (quantificar) a magnitude do golpe de um artista marcial em relação a outro golpe?

A medida deve ser aplicável em uma variedade de golpes (socos, chutes, cotovelos, etc ...) e válido para diferentes profissionais. Da mesma forma, não estou preocupado em definir o bem e o mal; Eu quero ser capaz de quantificar a greve. Isso está vinculado à melhoria do processo básico - medimos o processo que queremos melhorar e comparamos os resultados medidos.

Força é algo definido em uma instância no tempo. Em sua postagem original, presumi que você estaria mais interessado na força máxima durante um determinado ataque. No entanto, acho que [impulso] (http://en.wikipedia.org/wiki/Impulse_ (física)) pode realmente ser a quantidade mais relevante. A integral da força ao longo do período de tempo durante o qual é aplicada.
Seria bom se houvesse uma resposta "tamanho único" para sua pergunta, mas concordo com o olin em que a melhor métrica realmente depende do objetivo do strike.
... e, no final das contas, a pergunta deveria ser feita primeiro em um site de esportes - é realmente uma questão de artes marciais antes de tudo, biotecnologia em segundo lugar ...
@SF. - Obviamente sou tendencioso, mas esta é uma questão sobre _medição_ primeiro e domínio ou aplicação em segundo lugar. A terminologia por trás de uma medição é muito apropriada para a Engenharia.
@GlenH7: Estabelecer * o que * medir é mais do domínio original. A engenharia pode dizer * como * medi-lo.
Cinco respostas:
#1
+8
Olin Lathrop
2015-02-23 05:15:23 UTC
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O problema básico é que você não definiu o que é um chute ou soco "bom". O objetivo é fazer o oponente perder o equilíbrio? Para infligir o máximo de dor? Para quebrar ossos? Para atingir uma parte específica do corpo para incapacitá-lo? Quebrar a maioria das tábuas de madeira empilhadas umas sobre as outras? Algo mais?

Cada um desses resultados diferentes pesará várias propriedades físicas do ataque de forma diferente para chegar a um único número de eficácia. Por exemplo, fazer alguém perder o equilíbrio, até mesmo cair, tem a ver principalmente com o impulso, que é força vezes tempo, mas desde que o tempo seja curto o suficiente. Quebrar ossos tem mais a ver com força máxima. Infligir uma concussão (como é o objetivo de um nocaute no boxe) é provavelmente mais sobre o ímpeto geral, mas também direcionado no lugar certo.

Em suma, sua pergunta não pode ser respondida sem uma definição de quão "bom" é medido.

Todo o castigo por não definir "bom" parece bobo, já que o parágrafo do meio explica o que "bom" seria em várias situações diferentes. Por que não expandir isso?
@Chris: Dou alguns exemplos de diferentes resultados desejados para mostrar que diferentes métricas são necessárias. Não quero responder por todos os resultados possíveis, sendo um deles o que o OP deseja. Faz mais sentido para o OP esclarecer qual é o resultado desejado.
#2
+4
HDE 226868
2015-02-23 04:18:44 UTC
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Tudo se resume à força.

Todos nós conhecemos a segunda lei de Newton: $ \ vec {F} = m \ vec {a} $ 1 . Diz que quanto maior for a força aplicada a um objeto, maior será sua aceleração (e a aceleração é na verdade apenas a segunda derivada da posição em relação ao tempo).

Como você mede a força? Um método comum, usado para medir o peso de um objeto, é usar uma balança de mola. Você pode colocar um objeto em cima da mola ou pendurá-lo em uma mola. Porém, tenha cuidado - ao pendurá-lo em uma mola, esteja ciente de que a escala mede diretamente a tensão. Mova-se em alguma direção estranha e você terá leituras estranhas.

A equação para a força em uma mola é $ \ vec {F} = k \ vec {x} $, onde $ \ vec { x} $ é o deslocamento 2 e $ k $ é a constante da mola. Portanto, se você empurra uma mola, pode descobrir a força aplicada.

Você mencionou o momento. Se você quiser ser sarcástico (mas preciso), use impulso - a mudança no momento de um objeto (ou sistema). O impulso pode ser escrito como $ \ vec {I} $ de $ \ vec {J} $. Eu vi as duas convenções usadas. Independentemente disso, o impulso é definido como $$ \ vec {I} = \ vec {J} = \ vec {F} \ Delta t = \ Delta \ vec {p} = m \ vec {v} _f-m \ vec {v} _o $$ Uma força maior significa uma mudança maior no momento. Uma força aplicada por um intervalo de tempo maior significa uma mudança maior no momento. A propósito, divida todos os termos pela massa e você obterá aquela equação cinemática familiar: $$ \ vec {a} t = \ vec {v} _f- \ vec {v} _o $$

Energia é uma escolha estranha. A menos que você esteja socando seu oponente direto para o ar, você estará transferindo alguma energia química em energia cinética. Se você quiser ignorar a conversão de energia do seu corpo, apenas diga que a força realmente funciona no corpo do oponente.

Na física do colégio (ou seja, com base na álgebra), o trabalho era definido como 3 $$ \ vec {W} = \ vec {F} s $$ No entanto, é mais provável que seu punho não aplique a mesma força enquanto viaja e está em contato com seu oponente. Portanto, temos que usar o cálculo: $$ \ vec {W} = - \ int_ {x_o} ^ {x_f} \ vec {F} dx $$ Cuidado com o sinal menos.

Portanto, a energia transferida é igual ao trabalho realizado pela força.

Potência é simplesmente energia (aqui é trabalho) dividida pelo tempo: $$ \ vec {P} = \ frac {\ vec {W}} {t} $ $ As relações aí estão implícitas. Mas aqui, a energia é igual ao trabalho realizado. E isso é realmente apenas uma função da força, $ F $.

Então, impulso, energia e potência são medidas de força. O mesmo vale para a pressão. Pegue as derivadas adequadas e você verá: $$ \ frac {d \ vec {p}} {dt} = \ frac {d \ vec {W}} {ds} = \ frac {d ^ 2 \ vec {P }} {dt \ cdot ds} = A \ vec {P} = \ vec {F} $$


Não tenho certeza se isso responde bem à sua pergunta, no entanto. Todas essas coisas são entidades diferentes, e o que você mede depende de como você mede. Se você medir a velocidade com que seu oponente se move após o soco (e sua massa), você pode medir o impulso ou trabalhar 4 .

Não há "jeito certo" ou "jeito errado" para medir a magnitude do golpe. Em todos esses casos, quanto maior a quantidade, maior a força aplicada. A única diferença, para fins práticos, é que a força é dividida entre algo (área), aplicada por um determinado período de tempo (impulso), aplicada em uma determinada distância (trabalho), ou aplicada em uma determinada distância em uma determinada quantidade de tempo (poder). É isso aí. Chame a quantidade $ \ vec {Q} $, e você obterá $ \ vec {Q} = \ vec {F} \ cdot d \ text {qualquer} $ 5 . Basta escolher seu $ d \ text {something} $.


1 Também escrito como $ F = m \ frac {d ^ 2x} {dt ^ 2} $
2 O deslocamento é um vetor e, portanto, a força é um vetor. O mesmo vale para a aceleração.
3 Estou ignorando o $ \ cos \ theta $ que realmente deveria adicionar aqui, para simplificar.
4 $ \ vec {J} = m \ vec {v} _f-m \ vec {v} _o $ e $ KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $. Faça sua escolha.
5 Sim, sim. Força dividida por $ d \ text {something} $ no caso de potência, mas multiplicada por $ d \ text {something else} $ também.

Peço desculpas por todos os $ \ vec {} $ s flutuando por aí, mas eu queria deixar claro o que as coisas são vetores e o que não são, para deixar meu ponto mais claro.
#3
+1
jhabbott
2015-02-24 11:21:01 UTC
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Se eu tivesse a tarefa de medir isso, também gostaria de saber qual foi o propósito ou o resultado desejado de cada ataque. Isso ocorre porque você pode querer medir coisas diferentes para diferentes tipos de golpe.

  • Um golpe que é projetado para causar danos deve concentrar a força em uma pequena área para maximizar a pressão naquele ponto - então, para esse tipo de golpe, você gostaria de medir a pressão.
  • Um golpe que é projetado para transmitir uma força no alvo (por exemplo, para enrolá-los) - você precisaria medir a força aplicada na área de impacto.
  • Um golpe que é projetado para afastar o alvo - você deve medir quanto da força foi transferida para o alvo e quanto de volta para o atacante (energia cinética antes e depois o golpe).
  • Um golpe projetado para assustar e confundir o oponente pode depender da velocidade.

Pode haver outros cenários também, mas os principais estarão interessados em força e pressão. No terceiro item acima, você gostaria de medir a energia cinética de ambas as partes antes e depois do ataque, isso poderia ser feito com uma câmera de alta velocidade.

Portanto, as referências contraditórias que você citou podem não ser contraditório em tudo, eles podem estar apenas se concentrando em medir coisas diferentes por causa de diferentes tipos de ataque (ou resultados desejados diferentes para os mesmos tipos de ataque, caso em que imagino que a técnica pode ser diferente, bem como o que você deseja medir) .

#4
+1
mart
2015-02-24 13:09:05 UTC
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Com um golpe ou chute, você move (mais ou menos) todo o corpo, conecta uma mão ou pé ou qualquer outra coisa ao seu alvo e se sua técnica for boa, o alvo se deforma muito mais do que seu corpo. Acho que esse pensamento é crucial, pois há muitas articulações e coisas moles entre a parte do corpo que atinge o alvo e o centro de massa. Isso também significa que um golpe que pode aplicar muita energia a uma luva de foco leve pode ser menos eficaz quando aplicado a uma bolsa pesada, porque, neste último caso, os bits macios espremem mais. Como todos sabemos, a ideia de atingir alguém é ter apenas pouca deformação total e nenhuma deformação plástica em nossas partes moles, enquanto queremos deformar plasticamente o alvo e movê-lo para algum lugar. Às vezes, enfatizaremos um sobre o outro.

No lado do alvo, você tem alguma deformação e algum movimento. A composição exata dependerá da velocidade do golpe e do peso do alvo. Claro, você pode argumentar que a deformação é na verdade uma forma de movimento ou vice-versa. Aqui, por movimento, quero dizer que o alvo realmente se move como um todo e por deformação quaisquer movimentos "internos" do alvo.

Deformação
Provavelmente existem materiais elásticos que produz um resultado quantificável em quanto você os deforma. Uma maneira bastante econômica de mostrar a seus alunos quanto avanço eles fazem com seus golpes (ou não) seria empilhar as tábuas e ver quantas delas podem quebrar. Não tenho certeza se o Karatê está pronto para uma ideia tão nova.
Outra forma seria ter uma mola e medir sua deformação elástica. Se eu fosse projetar tal sistema, minha primeira partida seria um balão de ar robusto e um sensor de pressão, montado para que você obtenha o pico de pressão. A compressão de gases não é idealmente elástica (parte da energia se perde na forma de calor). Mas você pode colocar uma almofada de ar no lado do 'aluno' de sua luva. Acho que qualquer mola mecânica clássica precisará de uma almofada adicional, o que aumentaria as incertezas. Eu acho que no Karatê há uma prática de furar pranchas no chão e socá-las, o professor verifica o quanto a prancha 'dá' segurando a mão alguns centímetros atrás dela. Se a prancha não alcançar a mão, ainda assim o aluno terá que praticar.

Movimento
Você pode construir um pêndulo e medir a distância que ele oscila. Ou talvez acelerômetros e alguma integração complexa que permite chegar a uma energia. Ou você pode montar sua mola em um objeto fixo, por exemplo, fixando uma placa no chão. Então você elimina o termo de movimento e pode se concentrar na deformação.

#5
+1
PCARR
2015-06-22 23:26:55 UTC
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Os golpes vivos de um artista marcial podem ser quantificados entre os praticantes usando força aplicada em libras por polegada quadrada . A premissa básica é (é claro) força igual a massa vezes aceleração. A importância está em emparelhar com a área de contato usada com a qual ele é fornecido - lei do inverso do quadrado . Esses dois são o par principal.

Existem, é claro, complicações incríveis em golpes ao vivo - como ondas de compressão transversais e [insira quase tudo aqui]. Basicamente, a transferência de força pode ser avaliada qualitativamente por meio de observação treinada e do estudo particular de mudança de momento, posição relativa e ângulo de ataque em relação ao centro de massa . (Os efeitos radiais e longitudinais devem ser gestados em vez de demonstrados).

Eu acredito que existem alguns fatores (não incluindo deformação e tensão de cisalhamento) que não podem ser repetidos com precisão na simulação e requerem quantificação / desmistificação - mas é muito mais difícil de fazer isso.

Em última análise, os praticantes buscam a quantificação óbvia de um golpe: tempo e precisão . Deve levar em consideração a eficácia de uma técnica que surge como resultado de movimentos concorrentes. O grau de automaticidade de um aluno treinado também deve ser avaliado.



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