Domanda:
Che cos 'era questo?! Quantificare l'impatto di un colpo di arti marziali
user16
2015-02-23 03:22:16 UTC
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Misurare cose come il colpo di un artista marziale può essere difficile perché si tratta di un movimento complesso e il linguaggio comune utilizzerà termini imprecisi o errati. Questa domanda è un tentativo di identificare le misurazioni applicabili (quantificazione) e le unità corrette dietro quei numeri.


Background:
In una domanda recente dei miei, ho chiesto sensori che potessero essere utilizzati per misurare il colpo di un artista marziale, come un calcio o un pugno. Il mio intento principale era dimostrare allo studente come la loro tecnica migliorasse il loro colpo. Le risposte sono ottime e hanno sicuramente risposto alla mia domanda.

Ciò che ha portato a questa domanda è che ho ricevuto un commento di follow-up che mi chiedeva se volevo misurare forza, energia o potenza. A cui ho risposto che avevo semplicemente bisogno di qualcosa di misurabile per mostrare la differenza o il miglioramento allo studente.

C'era un commento successivo * che mi ha fatto pensare:

Da quello che scrivi qui, vorrei aggiungere che non è né forza né pressione né energia che vuoi effettivamente misurare.

* sup > Il commento da allora è stato cancellato, ma ho iniziato questa domanda poco dopo che è stato lasciato.

Quello che mi ha fatto pensare a quel secondo commento è che ho visto molti riferimenti usando unità di forza, ci sono altri modi per quantificare un colpo di arti marziali.

Ad esempio:

  • Questo riferimento preferisce usare "forza" e condanna l'uso di "pressione"
  • Questo riferimento utilizza anche la forza, ma mescola la loro terminologia quando descrive l'accelerazione e la velocità, quindi il loro uso della terminologia è sospetto.
  • Questo riferimento si concentra su velocità, quantità di moto ed energia.
  • Questo riferimento erence utilizza $ lb_F $ per le proprie misurazioni. Per coincidenza, questa è la serie che mi ha fatto iniziare la mia linea di pensiero originale con l'altra domanda.

La mia domanda:
Qual è la terminologia corretta per misurare (quantificare) l'entità del colpo di un artista marziale rispetto a un altro colpo?

La misurazione dovrebbe essere applicabile a una varietà di colpi (pugni, calci, gomiti, ecc ...) e valido per diversi professionisti. Allo stesso modo, non mi preoccupo di definire buono o cattivo; Voglio essere in grado di quantificare lo sciopero. Ciò si collega al miglioramento del processo di base: misuriamo il processo che vogliamo migliorare e confrontiamo i risultati misurati.

La forza è qualcosa di definito in un'istanza nel tempo. Nel tuo post originale, pensavo che fossi più interessato alla massima forza durante un dato colpo. Tuttavia, penso che [impulse] (http://en.wikipedia.org/wiki/Impulse_ (physics)) possa effettivamente essere la quantità più rilevante. L'integrale della forza nel periodo di tempo durante il quale viene erogato.
Sarebbe bello se ci fosse una risposta "taglia unica" alla tua domanda, ma sono d'accordo con olin in quanto la metrica migliore dipende davvero dall'obiettivo dello sciopero.
... e alla fine, la domanda dovrebbe davvero essere posta prima su un sito di sport - è davvero una questione di arti marziali in primo luogo, la biotecnologia in secondo luogo ...
@SF. - Ovviamente sono di parte, ma questa è una domanda sulla _misurazione_ prima e poi sul dominio o sull'applicazione. La terminologia alla base di una misurazione è molto appropriata per l'ingegneria.
@GlenH7: Stabilire * cosa * misurare è tuttavia più del dominio originale. L'ingegneria può dire * come * misurarlo.
Cinque risposte:
#1
+8
Olin Lathrop
2015-02-23 05:15:23 UTC
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Il problema di base è che non hai definito cosa sia un "buon" calcio o un pugno. Lo scopo è far perdere l'equilibrio all'avversario? Per infliggere il massimo dolore? Per rompere le ossa? Colpire una parte particolare del corpo per disabilitarlo? Rompere la maggior parte delle assi di legno impilate l'una sull'altra? Qualcos'altro?

Ciascuno di questi diversi risultati peserà in modo diverso le varie proprietà fisiche del colpo nel trovare un numero unico di efficacia. Ad esempio, convincere qualcuno a perdere l'equilibrio, anche a cadere, riguarda principalmente l'impulso, che è forza moltiplicato per il tempo, ma fintanto che il tempo è abbastanza breve. Rompere le ossa riguarda più la forza massima. Infliggere una commozione cerebrale (come l'obiettivo di un knockout nella boxe) è probabilmente più uno slancio generale, ma anche mirato al posto giusto.

In breve, la tua domanda non può essere risolta senza una definizione di come viene misurato "buono".

Tutto il castigo per non aver definito "buono" sembra sciocco poiché il paragrafo centrale spiega cosa sarebbe "buono" in una serie di situazioni diverse. Perché non approfondirlo?
@Chris: Fornisco alcuni esempi di diversi risultati desiderati per dimostrare che sono necessarie metriche diverse. Non voglio rispondere per ogni possibile risultato, uno di questi è quello che vuole l'OP. Ha più senso che il PO chiarisca qual è il risultato desiderato.
#2
+4
HDE 226868
2015-02-23 04:18:44 UTC
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Tutto si riduce alla forza.

Conosciamo tutti la seconda legge di Newton: $ \ vec {F} = m \ vec {a} $ 1 . Dice che maggiore è la forza applicata a un oggetto, maggiore sarà la sua accelerazione (e l'accelerazione è in realtà solo la seconda derivata della posizione rispetto al tempo).

Come si misura la forza? Un metodo comune, utilizzato per misurare il peso di un oggetto, è utilizzare una bilancia a molla. Puoi posizionare un oggetto sopra la molla o appenderlo a una molla. Fai attenzione, però: quando lo appendi a una molla, tieni presente che la bilancia misura direttamente la tensione. Spostati in una direzione irregolare e avrai letture strane.

L'equazione per la forza su una molla è $ \ vec {F} = k \ vec {x} $, dove $ \ vec { x} $ è lo spostamento 2 e $ k $ è la costante della molla. Quindi, se spingi contro una molla, puoi calcolare la forza applicata.

Hai menzionato lo slancio. Se vuoi essere irriverente (ma accurato), usa impulse - il cambiamento di quantità di moto di un oggetto (o sistema). L'impulso può essere scritto come $ \ vec {I} $ di $ \ vec {J} $. Ho visto utilizzare entrambe le convenzioni. Indipendentemente da ciò, tuttavia, l'impulso è definito come $$ \ vec {I} = \ vec {J} = \ vec {F} \ Delta t = \ Delta \ vec {p} = m \ vec {v} _f-m \ vec {v} _o $$ Una forza maggiore significa un maggiore cambiamento nella quantità di moto. Una forza applicata per un intervallo di tempo maggiore significa una maggiore variazione della quantità di moto. A proposito, dividi tutti i termini per massa e ottieni quella familiare equazione cinematica: $$ \ vec {a} t = \ vec {v} _f- \ vec {v} _o $$

Energia è una scelta strana. A meno che tu non stia colpendo il tuo avversario direttamente in aria, trasferirai un po 'di energia chimica in energia cinetica. Se vuoi ignorare la conversione di energia del tuo corpo, dì solo che la forza agisce sul corpo dell'avversario.

Ai tempi delle scuole superiori (cioè basata sull'algebra), il lavoro era definito come 3 $$ \ vec {W} = \ vec {F} s $$ Tuttavia, molto probabilmente il tuo pugno non applica la stessa quantità di forza mentre viaggia ed è in contatto con il tuo avversario. Quindi dobbiamo usare il calcolo: $$ \ vec {W} = - \ int_ {x_o} ^ {x_f} \ vec {F} dx $$ Attenzione al segno meno.

Quindi l'energia trasferita è uguale al lavoro svolto dalla forza.

La potenza è semplicemente energia (qui è lavoro) divisa per il tempo: $$ \ vec {P} = \ frac {\ vec {W}} {t} $ $ Le relazioni lì sono implicite. Ma qui l'energia è uguale al lavoro svolto. E questa è davvero solo una funzione della forza, $ F $.

Quindi impulso, energia e potenza sono tutte misure di forza. Lo stesso vale per la pressione. Prendi le derivate corrette e vedrai: $$ \ frac {d \ vec {p}} {dt} = \ frac {d \ vec {W}} {ds} = \ frac {d ^ 2 \ vec {P }} {dt \ cdot ds} = A \ vec {P} = \ vec {F} $$


Tuttavia, non sono sicuro di quanto questo risolva la tua domanda. Tutte queste cose sono entità diverse e ciò che misuri dipende da come lo misuri. Se misuri la velocità con cui il tuo avversario si muove dopo il pugno (e la sua massa), puoi misurare l'impulso o lavorare 4 .

Non esiste un "modo giusto" o un "modo sbagliato" per misurare l'entità dello sciopero. In tutti questi casi, maggiore è la quantità, maggiore è la forza che è stata applicata. L'unica differenza, ai fini pratici, è che la forza è divisa tra qualcosa (area), applicata per un dato periodo di tempo (impulso), applicata su una data distanza (lavoro), o applicata su una data distanza in una certa quantità di tempo (potere). Questo è tutto. Chiama la quantità $ \ vec {Q} $ e ottieni $ \ vec {Q} = \ vec {F} \ cdot d \ text {qualunque} $ 5 . Scegli il tuo $ d \ text {qualcosa} $.


1 Scritto anche come $ F = m \ frac {d ^ 2x} {dt ^ 2} $
2 Lo spostamento è un vettore e quindi la forza è un vettore. Lo stesso vale per l'accelerazione.
3 Sto ignorando $ \ cos \ theta $ che dovrei davvero inserire lì, per semplicità.
4 $ \ vec {J} = m \ vec {v} _f-m \ vec {v} _o $ e $ KE = \ frac {1} {2} mv ^ 2 $. Fai la tua scelta.
5 Sì, sì. Forza divisa per $ d \ text {qualcosa} $ in caso di alimentazione, ma moltiplicata anche per $ d \ text {qualcos'altro} $.

Mi scuso per tutti i $ \ vec {} $ s in giro, ma volevo chiarire cosa sono vettori e cosa no, per rendere più chiaro il mio punto.
#3
+1
jhabbott
2015-02-24 11:21:01 UTC
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Se avessi il compito di misurare questo, vorrei anche sapere qual era lo scopo o il risultato desiderato di ogni sciopero. Questo perché potresti voler misurare cose diverse per diversi tipi di colpo.

  • Un colpo progettato per causare danni deve concentrare la forza su una piccola area per massimizzare la pressione in quella punto - quindi per quel tipo di colpo dovresti misurare la pressione.
  • Un colpo che è progettato per impartire una forza sul bersaglio (ad esempio per caricarlo) - dovresti misurare la forza applicata nell'area dell'impatto.
  • Un colpo progettato per spingere il bersaglio via: dovresti misurare quanta forza è stata trasferita al bersaglio e quanta indietro nel percussore (energia cinetica prima e dopo il colpo).
  • Un colpo progettato per spaventare e confondere l'avversario può fare affidamento sulla velocità.

Potrebbero esserci anche altri scenari, ma i principali saranno interessati in forza e pressione. Nel terzo punto sopra, vorresti misurare l'energia cinetica di entrambe le parti prima e dopo lo sciopero, questo potrebbe essere fatto con una telecamera ad alta velocità.

Quindi i riferimenti contraddittori che hai citato potrebbero non essere essere affatto contraddittori, potrebbero semplicemente concentrarsi sulla misurazione di cose diverse a causa di diversi tipi di colpo (o diversi risultati desiderati per gli stessi tipi di colpo, nel qual caso immagino che la tecnica possa essere diversa così come ciò che vuoi misurare) .

#4
+1
mart
2015-02-24 13:09:05 UTC
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Con un colpo o un calcio, muovi (più o meno) tutto il tuo corpo, colleghi una mano o un piede o altro al tuo bersaglio e se la tua tecnica è buona, il bersaglio si deformerà molto più del tuo corpo. Penso che questo pensiero sia cruciale, poiché ci sono molte articolazioni e cose molli tra la parte del tuo corpo che colpisce il bersaglio e il tuo centro di massa. Ciò significa anche che un colpo che può applicare molta energia a un guanto di messa a fuoco leggera può essere meno efficace se applicato a una borsa pesante, perché in quest'ultimo caso i bit squishy schiacciano di più. Come tutti sappiamo, l'idea di colpire qualcuno è di avere solo una deformazione plastica totale e nulla nei nostri pezzi molli, mentre noi vogliamo deformare plasticamente il bersaglio e spostarlo da qualche parte. A volte enfatizzeremo l'uno sull'altro.

Sul lato bersaglio, hai una certa deformazione e un po 'di movimento. La composizione esatta dipenderà dalla velocità del colpo e dal peso del bersaglio. Ovviamente potresti sostenere che la deformazione è in realtà una forma di movimento o viceversa. Qui, per movimento intendo che il bersaglio si muove effettivamente nel suo insieme e per deformazione qualsiasi movimento "interno" del bersaglio.

Deformazione
Probabilmente ci sono materiali elastici che restituisci un risultato quantificabile in quanto li deformi. Un modo piuttosto conveniente per mostrare ai tuoi studenti quanto progresso fanno con i loro colpi (o meno) sarebbe quello di impilare le schede e vedere quante possono rompere. Non sono sicuro che il Karate sia pronto per un'idea così nuova.
Un altro modo sarebbe avere una molla e misurare la sua deformazione elastica. Se dovessi progettare un sistema del genere, il mio primo inizio sarebbe un robusto pallone ad aria e un sensore di pressione, attrezzati in modo da ottenere il picco di pressione. La compressione dei gas non è idealmente elastica (una parte dell'energia si perde sotto forma di calore). Ma potresti montare un cuscino d'aria sul lato "studente" del tuo guanto. Penso che qualsiasi molla meccanica classica avrà bisogno di un cuscino aggiuntivo, e questo aggiungerebbe incertezze. Penso che nel Karate ci sia una pratica di attaccare le assi nel terreno e punchettarle, l'insegnante controlla quanto la tavola "dà" tenendo una mano a pochi cm dietro di essa. Se la tavola non raggiunge la mano, lo studente deve ancora esercitarsi molto.

Movimento
Potresti costruire un pendolo e misurare di quanto oscilla. O forse accelerometri e qualche integrazione complessa che ti permette di arrivare a un'energia. Oppure puoi montare la tua molla su un oggetto fisso, ad esempio attaccando una tavola nel terreno. Quindi elimini il termine movimento e puoi concentrarti sulla deformazione.

#5
+1
PCARR
2015-06-22 23:26:55 UTC
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I colpi dal vivo di un artista marziale possono essere quantificati tra i praticanti utilizzando la forza applicata come libbre per pollice quadrato . La premessa di base è (ovviamente) che la forza è uguale alla massa moltiplicata per l'accelerazione. L'importanza è l'accoppiamento con l ' area di contatto utilizzata con la quale viene fornito: legge del quadrato inverso . Questi due sono la coppia principale.

Ci sono ovviamente complicazioni selvagge nei colpi dal vivo - come le onde di compressione trasversali e [inserire praticamente qualsiasi cosa qui]. In base, la forza di trasferimento può essere valutata qualitativamente attraverso l'osservazione addestrata e lo studio particolare del cambiamento di momento, posizione relativa e angolo di attacco rispetto al centro-massa . (Gli effetti radiali e longitudinali dovrebbero essere gesticolati piuttosto che dimostrati).

Credo che ci siano alcuni fattori (esclusa la deformazione e lo stress di taglio) che non possono essere ripetuti accuratamente nella simulazione e richiedono quantificazione / demistificazione, ma è molto più difficile farlo.

Alla fine, i praticanti cercano l'ovvia quantificazione di un colpo: tempismo e precisione . Dovrebbe tener conto dell'efficacia di una tecnica derivante da movimenti in competizione. Dovrebbe essere valutato anche il grado di automaticità di uno studente qualificato.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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