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正常人类力量和释放能量简单计算

2023-09-01 16:49 作者:Jzahar  | 我要投稿

前面是正常人类力量和释放能量的简单计算


粗略计算、以下仅作参考,因为很多人对这些没有明确概念

主要是以数据形式帮助科普人体正常情况下能承受的力和一击打出的力量有多大,专栏数据可用于拳击比赛、街斗、斗兽等形式的对比中,让人能更直观感受男女之间、普通人和拳击手之间以及人和猛兽之间的差距。


概念解释:

动能=1/2MV^2,单位焦耳

力量=F=ma=质量×加速时间

冲击力=P=F*D/t

(D为做功距离,t为做功时间)


人类各身体部位占总体重百分比↓

同身高女性也平均比男性轻10公斤左右↓


职业选手和普通人差距参考:


男女之间差距参考:



(说俄罗斯醉汉打赢熊的,那种是小部分情况。参考下图4岁小男孩打四个女大学生)



上肢力量:

普通男性全力拳速最高可达5~7m/s,靠上面论文里各身体部位平均占比中手臂约5.77%。设手臂质量4.2kg,可以打出50~100+焦耳。

这个街斗视频里一个普通男大学生打出一个摆拳(摆拳拳心向上鉴定为不了解相关知识普通人),轨迹大概是半个椭圆,参考上面论文人体手臂占身高总长度数据,设他身高175cm,则椭圆长轴约为前臂+上臂,短轴约为一半,距离近70cm,末端速度扣帧约10m/s,210焦耳。

对面女生头部被击中后并未有明显反馈。




开头女性的摆拳花了三帧,末速度约7m/s,74焦耳,只有一个不如她高的正常男性的1/3。


关于有过锻炼的正常成年男性全力拳击打出的能量,我们可以以另一种方式估测。

一桶这样的桶装水差不多20公斤,送水的师傅很轻松的一只手直接抓着抬到三轮车上,过程大概1秒,也就是一秒抬升一个20kg的物体1m,做功200焦。而出拳时参与的肌肉群更多,由此可得,靠肌肉力量推算,一个健壮成年男性拳击动能理论上可达200焦耳以上。参与肌肉群更多算1.5倍的话,就是300焦耳。

下图是论文里人体新陈代谢率,考虑上肌肉将化学能转化为机械能的效率,总功率肯定更高,也符合拳击动能上百焦耳的结果。




一个训练过极真空手道的女生单手臂发力打出4.35m/s拳速,直拳拳击动能约25焦耳,仅有正常男性的1/2,送水师傅的1/8。。

再加入腿部蹬地发力后,速度大概10.5m/s,动能约140焦耳,差不多是送水师傅肌肉力量算出的理论拳击动能的1/2。



计算器算出体重70kg的正常男性全力一拳理论上有887N冲击力。(大概是直接动量比作用时间了)。

流言终结者里杰米全身发力的全力一拳325磅(约147kg,1440N)

基于以上数据:

男女力量差距确实很大




正常男性有准备情况下反应速度可达500毫秒


MMAChannel数据,大多数拳击手拳速可达30~35英里/小时。

30英里/小时≈13.4m/s、35英里/小时≈15.6m/s,,手臂重量取5公斤,拳击动能接近450~600焦耳。




美国BKB拳击赛事在拳击手套中放置了一枚的击打芯片(Hit Chip),经过数场比赛过后的数据显示,BKB拳击手出拳的力度最高能超过600磅(约272Kg)。



拳击手击打力的峰值↓

拳击和散打运动员力量峰值比较↓


按这篇论文的数据,拳击运动员的平均击打力为3 764 N, 最大力可以达到4 311 N。国外学者对中国功夫的后手拳进行了研究, 峰值力为1 593 N

论文数据,拳王布兰克一拳冲击力可达4000N以上。




参考下图论文,女性拳击手能施加的最大力量大概是男性的50%。↓




下肢力量

MMAChannel认为女性平均踢力300~500磅(136~226千克)

健壮男性平均踢力1000磅(453千克)

男性青少年踢力可达600磅(272千克)

武术家踢腿力量可达900千克

网址:https://mmachannel.com/how-hard-can-an-average-person-kick/

女性行走时腿部力量也小于男性

实际数据:


视频里UP主身高172cm,比对面小女孩高一个头,男性头部平均占身高10.75%,得出对面女孩大概153~154cm高,踢腿大概8帧走过90度的圆弧,一样按最开始的论文图,女性腿长占全身54.85%,得出距离弧线1.31m。


体重取40公斤,女性腿部重量平均占总体重18.43%,加速时间8帧,力量F≈140N。

按P=F*D/t算冲击力,687.75N。

成年女性力量大概都比她高好几倍。




单腿发力情况下,街斗视频里一个身高较高(估测170~180+cm)的普通女大学生正常蹬腿速度约5m/s(平均速度,3帧蹬出去约小腿长度,50+cm),女性腿部重量占全身18.43%,全力蹬大概150焦耳,600N的力,冲击力3,000N,接近拳击手的直拳。



网传的女仆打人视频,比较模糊,最后一脚踢出来时看旁边摩托车能看出来大概慢放到了0.5倍左右,回调后同样是3帧踢出略长小腿的距离,按平均身高+体重可得腿速6m/s,动能168焦耳。

加速时间0.1s,F=600N,P=F*D/t=600×0.6÷0.1=3,600N。




单腿部发力、原地侧踹情况下,一个练过一些跆拳道的女孩可以在3帧内抬腿将腿完全伸直,约7m/s。动能270焦耳。

这样的攻击她的对手头部硬吃了许多次后并无大碍(有一次被踹倒)

也有身体被击中后向后退卸力的原因,力量不集中(换拳击就没这么多事了)




一个练极真空手道、身高较高的女孩2帧踢出约90度、半径37cm的弧线。

一击低扫的踢腿动能135焦耳。

腿伸直需要通过的长度约37.7cm

弧长约60cm。

踢腿过程花了2帧,约9m/s,女性小腿+足部重量约占全身6.68%,50×6.68%=3.34kg。

一击低扫的踢腿动能135焦耳。

据图里UP主的说法是越瘦胫骨越锋利,被踢上去很疼,只不过硬撑着。



大学跆拳道比赛一个女生攻击头部两脚踢晕对手

(有头盔防护+向后倒卸力)

和上面那个类似,这个踢的更快一些,大概差不多。



一个学过武术的女性踢出114公斤冲击力(不过是全身发力),也就是1200N,和正常男性全力一拳上限差不多。

和计算器数值也很相近,应该是因为踢穿了靶子没有测全力量。


一个普通男性在视频里3帧冲撞过快1m距离,单看腿部的话,占全身总重量的16.68%,体重80kg的话踢腿动能668焦耳。


这个视频里,扣帧得出一个普通女孩近距离飞踢巅峰速度5m/s,瞬间冲击力按仪器数值120kg(大概1200N),差不多低于拳击手一拳。


一个正常男性近距离撞击轻松撞到一个女性(随后轻松制服她的同伴)

体重按80kg,1m左右距离,5帧通过,得出速度6m/s,动能1440焦耳,动能是上面正常女性助跑飞踢的几倍,这个动图里的男性几乎无助跑撞上去,正常情况下男女差距还要大。


从受击后的画面看,这个女性直到动图结束也没再站起来,至少短时间内无法立即起身。




足球运动员能踢出114英里/小时的球速(最高记录是222km/h),按球重量0.43kg,动能558焦耳,考虑动能损耗踢腿冲击力肯定更高。

男女足球运动员踢球速度差距↓

论文里测试跆拳道前踢速度,女性前踢平均速度近8m/s,男性接近10m/s。

腿部重量上,一样按最开始的论文,男性腿部重量占全身16.68%,女性腿部重量占全身18.43%,这方面差距不算大,都取10kg。

男性跆拳道前踢平均动能:0.5×10×10^(2)=500焦耳。

女性跆拳道前踢平均动能:0.5×10×8^(2)=320焦耳。

按此论文数据看,女性跆拳道前踢动能大概可达男性64%。

女性跆拳道前踢动能大概是普通男性正常一拳(50~100焦耳)的3+倍,略高前面用肌肉力量做功反推的健壮男性全力拳击动能(200~300焦耳)。


人类踩踏的冲击力,论文里测出女性踩踏力量4000~5000N,男性踩踏力量8000~9000N。


另一个盘点职业运动员的论文



油管上视频里一个女孩膝击1.5帧内击中对手,直线距离取40cm,速度8m/s,320焦耳。

没站直,测量尺度稍微往上一些


《运动科学》报道“将军”鲁阿瞬间最高踢腿冲击力1.2吨






正常男性70kg、8m/s速度冲刺动能2240焦,巅峰冲击力约700kg。

橄榄球运动员外接手能做到4.5秒冲刺40码,仅保守取100kg、平均速度8m/s,动能3200焦耳,瞬间冲击力约1吨以上。

外网测试里一个橄榄球运动员可以撞开总重680kg沙袋。

动能损耗后也有3200磅冲击力,1451kg,也就是1.451吨冲击力。



国外比赛,选手要将25公斤金砖扔过5m高栏杆,双手做功1250焦耳,单臂625焦耳,动作幅度较大,出拳时参与的肌肉群差不多。



与猛兽对比:

不用详细分析了,肉眼可见的差距

老虎一掌拍碎车窗玻璃

老虎掌击打碎牛头骨


待更新…

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