Karate y la tercera ley de Newton

En el caso de que un practicante de karate rompa la tabla, hay dos escenarios posibles. La primera es que la tabla no está rota, por lo que la mano del karateka realmente duele. En la segunda posibilidad la tabla se rompe y la mano duele mucho menos. Entonces, por el dolor en la mano, podemos suponer que en el primer caso la fuerza que ejerce la tabla hacia la mano es mayor que en el segundo caso. De acuerdo con la tercera ley de Newton, esta fuerza es la misma que la de la mano ejercida sobre la tabla en cada caso. Entonces, ¿una fuerza relativamente baja puede romper el tablero y una mayor no?

Respuestas (3)

Pruébelo usted mismo: no necesita un tablero, solo puede usar una pared y una hoja de papel. Supongamos que su golpe es de fuerza estándar. Si golpeas la pared, lo más probable es que te duela mucho. Si le das un puñetazo al trozo de papel, lo más probable es que no te lastimes en absoluto. Dado que su golpe es de fuerza estándar e invariable, ¿por qué hay una diferencia?

La razón es la aceleración que siente tu mano en el momento del impacto. Cuando perforas el papel, el papel se deforma alrededor de tu brazo antes de romperse. Eso significa que tu brazo tarda (comparativamente) más tiempo en desacelerar, digamos, 0,1 s. Cuando golpeas la pared, la pared no se mueve y tu brazo tarda mucho menos en desacelerar, digamos, 0.001 s. Eso se traduce en una aceleración que es 100 veces mayor. Por F = metro a , la fuerza que sientes en el segundo caso también es cien veces mayor que en el primer caso.

Por la misma razón, si saltas de una mesa, es preferible doblar las rodillas al aterrizar. Cuanto más te dobles, más cómodo será el salto.

Gracias por la respuesta. Creo que las dos especulaciones que haces no pueden ser ambas ciertas. No es posible que la fuerza que aplico a la pared y al papel sea la misma y que cada uno de estos ejerza sobre mí una fuerza diferente. Esto violaría la tercera ley de Newton. Estoy de acuerdo en que la pared me aplica más fuerza, pero eso debería significar que yo también aplico una fuerza mayor a la pared que al papel.
Lo siento, mi respuesta no fue lo suficientemente completa. Cuando tu puño atraviesa el papel, se necesita más tiempo para desacelerar y no se desacelera tanto. Para poner algunos números, digamos que tu puño se mueve a 10 m/s. Después de atravesar el papel, se frena a 9 m/s. Con los tiempos dados arriba, la aceleración es 1 m/s dividido por 0.1s = 10 N, y esa es la fuerza que sientes. Por otro lado, cuando tu puño rebota en la pared, tendría una velocidad de -10 m/s después del rebote. Esa es una fuerza de 20000 N. No se viola la tercera ley de Newton.
Estoy totalmente de acuerdo con lo que dices ahora. Pero si se sustituye papel y pared por una tabla que se rompe en el primer caso y no en el segundo. ¿Significa esto que una fuerza de 10N pudo romper el tablero pero una de 20000N no?
Si es el mismo tablero, eso no sucederá. Si son tableros diferentes, significa que el primer tablero está hecho de un material mucho más débil que el del segundo tablero.
Estoy seguro de que sucederá. Si golpeas una tabla con potencia y velocidad medias, no se romperá y te lastimarás la mano. Si lo golpeas con mucha más velocidad se romperá y el dolor en tu mano será mucho menor.
Sí, eso es lo que acabo de explicar. Déjame intentar de nuevo. Cuando golpeas una tabla, en realidad no usas cierta fuerza, solo mueves tu mano a una velocidad determinada antes de impactar. Si tu mano se mueve lo suficientemente rápido, la tabla se rompe, y como tu mano desacelera menos, sientes menos fuerza. Si tu mano no se mueve lo suficientemente rápido, la tabla no se rompe. Tu mano desacelera mucho más, por lo que sientes más fuerza.
Estoy de acuerdo, escribí esto en mi pregunta inicial. Entonces, cuando sientes más fuerza, la tabla también siente más fuerza (tercera ley de Newton). ¿Esto significa que cuando se aplica una fuerza mayor hacia la tabla no se rompe, pero se rompe con una fuerza menor? Esto es lo que estoy pidiendo desde el principio.
Repito, cuando golpeas una tabla, en realidad no usas cierta fuerza, solo mueves tu mano a una velocidad determinada antes de impactar.
Pero esto es lo que estoy diciendo desde el principio. Si tuviera en cuenta que en cada caso se aplicó una determinada fuerza, no existiría el problema inicial. El impacto aplica una fuerza diferente cada vez. Creo que estamos de acuerdo hasta este punto. Mi pregunta era "¿cómo se comparan las fuerzas de los 2 casos?"
No creo que este análisis sea correcto. Está variando un parámetro (masa del objeto que se golpea) que está fijo en la pregunta.

Un puñetazo de kárate es mucho más que ejercer tanta fuerza como sea posible. Es importante dar en el blanco de una manera precisa que

  1. minimiza el área de impacto para maximizar la presión, y
  2. hace uso de los puntos endurecidos del cuerpo y las estructuras de amortiguación para minimizar el daño a sí mismo.

Por lo tanto, el dolor más intenso de un intento fallido no corresponde necesariamente a una fuerza mayor, sino que simplemente puede resultar de la fuerza que se aplica a la mano de una manera más dañina. E, incluso si se trata de una fuerza más fuerte, es posible que no rompa el tablero porque se extiende sobre un área más grande o no se aplica con la suficiente brusquedad, lo que permite que el tablero se deforme en lugar de romperse.

Además, el daño físico a menudo depende de la tercera derivada. X ‴ (tirón), no sólo en la aceleración X ″ . Por ejemplo, una aceleración constante nunca puede causar vibración, y la vibración a menudo daña las cosas.
@BenCrowell, buen punto, no lo había pensado.

De acuerdo con la tercera ley de Newton, esta fuerza es la misma que la de la mano ejercida sobre la tabla en cada caso.

Esta es una suposición incorrecta y quizás parte del problema al que se enfrenta.

Como se menciona en otras respuestas; un factor importante es el tiempo requerido para reducir la velocidad de su mano. Algo más suave comprimirá más. Cuanto más se comprima, más tiempo tardará en ralentizar la mano (asumiendo la misma velocidad de impacto para comparar). Como se tarda más en reducir la velocidad, tiene menos aceleración en la mano. La fuerza neta es proporcional a la aceleración; por lo que menos se deforma el objeto; más fuerza se aplica a tu mano.

Otro factor importante que parece haberse pasado por alto en estas respuestas es la diferencia de movimiento entre atravesar un bloque y golpearlo .

Otra forma de pensar en la fuerza aplicada es pensar en la aceleración requerida para alcanzar tu nueva velocidad.

En el caso de pasar por la cuadra; tu velocidad final no es 0 . Todavía tienes algo de velocidad después de romperlo, que se usa para mantener tu mano en movimiento.

Cuando golpeas el bloque, tu mano se detiene por completo. Esto significa que la fuerza aplicada por el bloque a tu mano se basa en la aceleración requerida para detener tu mano.

Cuando pasa, dado que todavía tiene algo de velocidad, debe haber experimentado menos aceleración debido al bloque que en el escenario en el que el bloque lo detiene.

Esto significa que no solo la dureza de la superficie afecta la fuerza de impacto; pero la fuerza del impacto es en realidad menor cuando pasa directamente, en comparación con cuando golpea el bloque y lo detiene.

Eso no quiere decir realmente que debería ser más fácil atravesar un bloque que golpearlo; pero en realidad significa que los bloques que puedes atravesar aplicarán menos fuerza a tu mano que los que no puedes atravesar; incluso si los tiempos de impacto son los mismos.

Estoy de acuerdo, esto es exactamente lo que dije en mi publicación original. Entonces, como usted mismo dijo, cuando pasa por la derecha, la fuerza de impacto es menor. Según la tercera ley de Newton, la fuerza de impacto que siente tu mano es la misma que la fuerza aplicada por tu mano sobre la tabla. Entonces, ¿una fuerza más pequeña puede romper el tablero pero una fuerza mayor no?
@johnk No. Ese es un problema completamente diferente. Si el tablero es demasiado fuerte; no tendrás suficiente fuerza para pasar de todos modos; y obtienes la reacción completa en tus manos. Si la tabla es lo suficientemente débil como para atravesarla, debería experimentar menos fuerza de reacción que una tabla más fuerte que no atraviesa; incluso si aplica la misma fuerza a su brazo en ambos escenarios.
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