空手劈砖的科学

人类的手掌能够劈开木板，甚至击碎混凝土块。三位物理学家研究了为什么这样的壮举不会导致我们的骨骼碎裂。

20 世纪 70 年代后期，一群热爱空手的物理学家决定进行一项实验，以表达他们对武术的共同热情。该团队由物理学家迈克尔·费尔德(Michael Feld)组成，他是一位棕带，喜欢在麻省理工学院的课堂上通过现场演示来讲解空手道的物理原理；未来的宇航员和五段黑带罗纳德·麦克奈尔(Ronald McNair)；以及本科生斯蒂芬·威尔克(Stephen Wilk)。

“空手道专家用赤手劈开坚固的木板和混凝土块的景象并不陌生，”费尔德、麦克奈尔和威尔克在 1979 年的一篇论文中写道。这三位想要知道：赤手如何才能在不受伤的情况下击碎一块坚固的木板或混凝土块？诀窍是什么？

完美的空手道打击无非是牛顿定律的精确应用。

事实证明，没有诀窍——完美的空手道打击无非是牛顿定律的精确应用。

费尔德、麦克奈尔和威尔克使用液压机将木板和混凝土放置其中，以确定使物体底部开裂所需的应力(力)量。木板在断裂之前可以弯曲约一厘米，这需要 500 牛顿的力。混凝土块只需要偏离一毫米即可断裂，但由于材料的柔韧性不如木板，因此这种位移需要 2,500 到 3,000 牛顿的力。而且由于碰撞时会损失一些能量，因此拳头需要施加更大的力才能真正击碎砖块。

幸运的是，人类的手能够在非常短的时间内产生非常高的力。典型的打击产生的影响仅持续约五毫秒。通过理论和实验的结合，该团队发现，在这一短暂的瞬间，“空手道练习者或空手道练习者的拳头可以……施加超过 3,000 牛顿的力，相当于 675 磅的重击。” 该团队的模型表明，手必须达到 6.1 米/秒的速度才能击碎木板，达到 10.6 米/秒的速度才能击碎混凝土。“这样的速度与我们的观察一致，即初学者可以击碎木板但不能击碎混凝土，”他们写道。“6.1 米/秒的手速在初学者的范围内，但 10.6 米/秒的速度需要训练和实践。”

在调查过程中，费尔德和麦克奈尔得以展示他们的武术技巧。两人都被拍摄到以每秒 120 帧的速度击打一堆木板。这使他们能够测量拳头不同部位的位移、速度和加速度。这些照片显示，拳头会压缩和扭曲“到几乎不像固体物体一样。”

显而易见的后一个问题是：“空手道练习者的手是如何不被空手道打击的力所击碎的？” 在这里，解剖学来帮忙了：人类的骨骼比混凝土硬五倍，而且很难折断(成功地空手道劈开股骨需要超过 25,000 牛顿的力)。手部的骨骼能够轻松吸收撞击的压力。当然，真正的力量来自于技术，而不是力量。成功的一击需要精确地击中板子的中心。该小组写道，经过足够的训练，空手道代表了人体极限，“所要求的精确度使空手道不仅是一项出色的身体学科，也是一项精神学科。”

本文译自 JSTOR Daily，由 BALI 编辑发布。

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