Si la acción es igual a la reacción, ¿cómo es posible ganar en las artes marciales?

Question

En el kick-boxing, cuando la pierna de un luchador golpea la pierna del oponente, el resultado, basado en la tercera ley de Newton, debería ser el mismo para cada luchador. Ni siquiera es importante quién ha pateado a quién, ya que en el momento del contacto el atacante debería sentir más o menos lo mismo que el defensor.

Aquí hay una pega: en la mayoría de las situaciones chocan diferentes partes del cuerpo de los combatientes: el atacante suele contactar la parte delantera de su pierna con el costado del defensor. La parte delantera es más dura. ¿Es la dureza lo que marca la diferencia?

Algunas páginas web me informan, que debido a la 3ª ley, un luchador debe realizar golpes potentes pero muy breves - retrayendo la pierna que patea antes de recibir una reacción. Pero por lo que sé, si no se siente una reacción, no hubo acción en primer lugar.

¿Cómo es posible tomar ventaja en el golpe de las artes marciales y ganar?

Answer 1

En el kick-boxing, cuando la pierna de un luchador golpea la pierna del oponente, el resultado, basado en la tercera ley de Newton, debería ser el mismo para cada luchador. Ni siquiera es importante quién ha pateado a quién, ya que en el momento del contacto el atacante debería sentir más o menos lo mismo que el defensor.

Tienes razón. Como has señalado, la tercera ley de Newton dice efectivamente que la fuerza sobre el cuerpo de cada luchador es la misma (pero en sentido contrario) en cada instante de tiempo. Esto garantiza no sólo que las fuerzas son iguales, sino también el impulso impartido a cada uno de los objetos que colisionan. Si decimos que el impulso impartido a los objetos 1 y 2 es $J_1$ y $J_2$ Por lo tanto, tenemos

\begin{align} F_1(t) &= -F_2(t) \\ \text{and} \qquad J_1 \equiv \int dt \, F_1(t) &= -\int dt \, F_2(t) \equiv -J_2 \end{align}

El impulso tiene las mismas dimensiones que el momento, así que realmente lo que estamos diciendo es que en una colisión ambos objetos experimentan el mismo cambio de momento durante el mismo periodo de tiempo.

Algunas páginas web me informan, que debido a la 3ª ley, un luchador debe realizar golpes potentes pero muy breves - retrayendo la pierna que patea antes de recibir una reacción. Pero por lo que sé, si no se siente una reacción, no hubo acción en primer lugar.

De nuevo, tiene usted toda la razón. Retraer el brazo o la pierna no reduce la fuerza o el impulso que recibe ese brazo o esa pierna durante el golpe.

¿Cómo es posible tomar ventaja en el golpe de las artes marciales y ganar?

En realidad, ya lo has conseguido en parte al mencionar la dureza de los objetos implicados en la colisión.

Las palabras técnicas para describirlo son estrés y cepa . La tensión es esencialmente las fuerzas intermoleculares o interatómicas dentro de un sólido. La deformación es la deformación del sólido a partir de su forma habitual.

Cuando un brazo o una pierna golpean la nariz, ambos experimentan el mismo impulso, pero como la nariz es más blanda, se deforma más. Cuando los tejidos de la nariz se mueven demasiado entre sí, la nariz se rompe. El codo, en cambio, está hecho en gran parte de calcio y soporta una tensión interna mucho mayor, pero mantiene una tensión lo suficientemente baja como para que los tejidos no se muevan demasiado entre sí; por ejemplo, el codo no se rompe. Una vez que la colisión ha terminado, las moléculas del hueso vuelven a estar donde estaban antes. Por supuesto, si la tensión en el hueso es demasiado grande y, en consecuencia, la deformación supera una determinada cantidad, el hueso se fractura. $^{[a]}$

Se puede pensar en la diferencia entre empujar una nariz o un codo en términos de empujar muelles con diferentes constantes de resorte. Supongamos que tenemos $F = k x$ entonces para una fuerza dada (tensión) el desplazamiento (deformación) es $x = F/k$ . Una baja $k$ significa una gran tensión (como la nariz) mientras que una gran $k$ significa menos tensión (como el codo).

Por supuesto, también hay factores biológicos (pero que son fundamentalmente físicos, por supuesto). Algunas partes del cuerpo son simplemente más importantes que otras. Una colisión entre el codo y el cráneo no tiene los mismos efectos perjudiciales para los propietarios de dicho codo y del cráneo. El impulso ejercido sobre el codo provoca una compresión del hueso que transduce la fuerza a estructuras articulares como el hombro. El cráneo, en cambio, transduce el impulso a, por ejemplo, el cerebro. Golpear un hombro puede doler, pero golpear el cerebro provoca la inconsciencia.

$[a]$ : Existen datos fascinantes sobre las curvas de tensión/deformación del hueso. A baja tensión, el hueso es esencialmente elástico. Pasado un umbral, la deformación es una función mucho más pronunciada de la tensión. Entonces, en un punto crítico, el hueso se fractura.

P.D. He omitido la discusión de cómo/por qué los tejidos del cuerpo se destruyen por la tensión excesiva. En otras palabras, ¿por qué la nariz no vuelve siempre a su forma original después de ser desviada por un codo? Una descripción cuidadosa de este proceso a nivel microscópico sería un tema interesante para otra pregunta.

Answer 2

Se trata de una pregunta estándar sobre cómo se aplica la tercera ley de Newton cuando chocan dos cuerpos pegados al suelo. Es cierto que cada vez que golpeas a tu oponente éste aplica, por reacción, la misma fuerza sobre tu cuerpo, pero no olvides que la resultante total de las fuerzas también tiene en cuenta la reacción de los músculos y del suelo. Es decir, dados dos cuerpos, $1$ y $2$ tenemos $$ m_1\mathbf{a}_1 = \mathbf{R}_1 = \mathbf{F}_{2\to 1} + \mathbf{F}_{\textrm{ground}\to 1}+\mathbf{F}_{\textrm{muscles internal reactions}} $$ y lo mismo para $2$ . Aunque es cierto que $\mathbf{F}_{2\to 1} = - \mathbf{F}_{1\to 2}$ todavía hay otros componentes que entran en juego para calcular la aceleración global, y esos otros dependen de su interacción con el suelo y su reacciones de los músculos internos. Las reacciones de los músculos dependen en gran medida de las partes individuales del cuerpo que chocan y de algunos otros factores como el tiempo del impulso, etc. En general, la conclusión es que, además de la fuerza de acción-reacción (que es de signo igual y opuesto), hay otras contribuciones que deben dirigirse únicamente a los cuerpos individuales y a su interacción con el suelo y la estructura interna, y que también desempeñan un papel en la ecuación completa.