К оглавлению

Источники импульса в теле, обеспечение и компенсация движения

Теперь обсудим то, откуда берутся и как возникают импульс и энергия нужные для возникновения удара.

Энергия величина скалярная, и, к тому же, имеет много форм как механических, так и немеханических; поэтому закон сохранения энергии работает для энергии в целом, но не работает для механической энергии. Иными словами, при разгоне удара из состояния покоя энергия из химической формы, запасённой в мышцах, преобразуется в механическую.

А вот импульс велична векторная, и к тому же он не может взяться “из ниоткуда”. Если какая-то часть тела начала двигаться, то значит на неё подействовала сила. Это могла быть внешняя сила (по отношению к телу), или же какая-то другая часть получила противоположный по направлению и равный по величине импульс. Иными словами, чтобы без внешнего воздействия в теле что-то начало двигаться, что-то другое должно приобрести противоположное движение – это движение называется компенсирующим. Или же надо получить импульс от опоры, проведя его в форме импульса силы через всё тело посредством мышечного напряжения.

Разные школы делают акценты на разные способы. В некоторых случаях импульс идёт от пола за счёт ног (тогда говорят, что удар идёт от ноги). В некоторых от центра масс, за счёт создания двух противоположных импульсов, один из которых потом может уходить в опору (удар от центра). В некоторых случаях импульс берётся от встречного скручивания корпуса или встречного движения рук. Можно сказать, что в реальности присутствуют все варианты, а их соотношение несколько меняется в зависимости от типа движения и техники.

Посмотрим модели, описывающие вышеперечисленные варианты. Видео, с которым мы уже знакомы хорошо иллюстрирует модель удара от стационарной опоры:

Теперь посмотрим как можно изобразить модель удара от центра масс с выбросом импульса в опору:

Далее модель удара с компенсирующим движением:

Во всех трёх случаях в симуляции были задействованы одинаковые пружины с одинаковым сжатием (а следовательно и одинаковой запасённой энергией) и бьющие звенья одинаковой массы. Может показаться, что, удар от опоры сильнее и быстрее удара от центра. На самом деле он скорее всего и правда сильнее, но не быстрее. Дело в том, что импульс от опоры до ударной поверхности в подавляющем большинстве случаев проходит через центр масс. Для сообщения импульса центру масс требуется некоторое время. Это время может сильно увеличиваться при неудачной позе или скользкой поверхности опоры. В то же время, если сразу бить от центра (или от других близких к нему частей тела в общем случае), то всегда есть возможность создать максимально быстрое движение ограниченное лишь силой мышц корпуса, к тому же, имеющее существенно более короткий путь к ударной поверхности от места зарождения. Представляется разумным, что в большинстве реальных ситуации стоит отдать предпочтение скорости и надёжности выполнения удара, немного пожертвовав его силой. Кроме того, движения, скомпенсированные другими частями тела также и быстрее останавливаются после удара по тем же самым причинам, что позволяет быстрее выполнить следующие действия. Помимо чисто механического аспекта компенсирующего движения есть также и нейрофизиологическая сторона управления движениями в целом, её мы рассмотрим позднее.

Ещё раз следует отметить, что чистые случаи практически не встречаются, в действительности присутствует некая смесь в разных пропорциях, которые, однако, можно менять произвольно в зависимости от техники. Ну и, конечно, важную роль в достижения скорости и силы удара играет качество исполнения: правильный начальный мышечный тонус, своевременное и точное включение и выключение мышц, оптимальная начальная геометрия и траектория звеньев, и так далее.

Теперь давайте посмотрим на модель плохого удара с точки зрения обеспеченности импульса:

Тут не задействована опора, а компенсирующий импульс слишком мал: в данном случае компенсирующая масса недостаточна. При этом, пружина точно такая же, как и вышеприведённых случаях; и сжата она так же, то есть, работа на создание движения затрачена такая же, но результат не достигнут.

Всё вышесказанное про импульс справедливо и для момента импульса (который можно назвать количеством вращательного движения): момент импульса также не может появиться из ниоткуда (в том числе и из “обычного”, поступательного импульса), вращательное движение можно создать за счёт опоры, а можно компенсирующим движением других частей тела. Во втором случае движение также можно создать и погасить быстрее.

Вращательные и поступательные движения с чисто механической точки зрения полностью независимы и не переходят одно в другое, они могут сосуществовать не мешая друг другу. Интересно то, что общая кинетическая энергия является суммой энергии вращательного и поступательного движения. Поэтому там, где это возможно, следует к вращению добавлять поступательную составляющую и к прямолинейному движению вращательную – это позволить усилить воздействие.

Для иллюстрации посмотрим более сложную модель (условно: “человек вид сверху, без опоры”), включающую поступательные и вращательные степени свободы, пока без компенсирующего движения:

Здесь лучами показано направление от разных точек системы на цель. Видно, что с началом движения “прицел” сразу же начинает смещаться и поворачиваться. В реальности, скорее всего, такой отдачи не будет; вместо этого человек рефлекторно будет бить предварительно разогнав тело от опоры, либо, создав от неё мостик жёсткости, то есть, зажав тело. И то и другое ещё больше ухудшит характеристики удара: время разгона и остановки, точность, состояние мышц после удара, время на восстановление управления телом. Посмотрим, как может выглядить та же ситуация с компенсирующим вращательным движением:

Движения в данной модели, конечно, слишком примитивны в сравнении с теми, которые могут быть в теле с его степенями свободы, однако, если внимательно посмотреть, то видно, что в первые мгновения движения точка нацеленности остаётся примерно в одном и том же положении. При этом, даже в такой модели время удара сократилось на 14%, а сила увеличилась на 80%, что видно из графиков. В действительности правильные компенсирующие поступательные и, особенно, вращательные движения будут существенно сложнее, однако, позволят максимально обеспечить удар, в том числе и механически, а также ускорить наступление готовности к дальнейшим действиям.

Автор: Алексей Казанцев, 2017-2018

К оглавлению