Introdução

Recentemente, a antiga Arte Ocidental do Karatê-Do (literalmente traduzido do Japonês como “A Arte das Mãos Vazias”) ficou popular no mundo. Os Karatecas normalmente quebram tábuas, blocos e outros objetos sólidos, para demonstrar a força que o treinamento desenvolve.

Muito pode ser dito sobre a história e cultura associada à expansão desta Arte Marcial, mas este estudo – isto não é nada mais que um artigo cientifico – vai examinar a mecânica da colisão de um ataque de mão contra um objeto sólido.

1º CAPÍTULO

FORÇA, MOMENTO E ENERGIA DE DEFORMAÇÃO

Dizer que objetos maiores se movendo a uma alta velocidade atingem com mais força que objetos menores se movendo mais devagar é fácil dizer.

Na tentativa de se quebrar uma tábua, o Karateca procura atingi-la o mais forte possível. Isto quer dizer que o Karateca deve mover sua arma (ou para este estudo, sua mão) a mais rápida possível, visando atingir o mais forte o possível.

Mas o que faz para que a “mão” seja forte?

Para isto existem duas respostas, ambas matematicamente corretas. A primeira observa a colisão em termos de FORÇA E MOMENTO; a segunda observa a colisão em termos de ENERGIA.

Equivalentemente, força vezes tempo é igual ao impulso. Isto é significante porque o momento é uma grandeza conservativa. Não pode ser criada nem destruída, mas passada de um objeto (a mão) para outro (a tábua).

Isto é conseqüência da terceira Lei de Newton, onde diz que se um objeto exerce uma força em outro objeto por um determinado tempo, o outro objeto exerce a mesma força no mesmo sentido, mas em direção oposta (a força é uma grandeza vetorial) pelo mesmo período de tempo e o segundo objeto ganha a mesma quantidade de momento que o primeiro perde.

O momento, portanto, é transferido. Como o impulso é uma quantidade fixa. F e T são necessariamente inversamente proporcionais. Um impulso pode ceder tanta quantidade de momento transferindo uma grande quantidade de força em um período curto de tempo como transferindo pequenas quantidades de força por períodos longos.

Porque então, o movimento da mão do Karateca deve ter a maior velocidade possível? Porque se a mão se move rapidamente, seria o mesmo que desacelerar (falando especificamente, acelerar na direção oposta à da direção do percurso) mais rapidamente em resposta a força que a tábua exerce contra a colisão, segundo a terceira Lei de Newton (ação e reação).

Se a quantidade de tempo envolvida na transferência do momento for igualmente pequena, a quantidade de força que será transferida para o alvo será alta. Esta transferência súbita de grandes quantidades de força na parte da tábua que é atingida experimenta uma forte aceleração. Se uma parte da tábua acelera mais em relação às outras partes (que estão sendo seguradas ou apoiadas), ocorre o quebra.

Este mesmo fenômeno pode ser analisando em termos de transferência de energia resultando em deformação plástica. Dado um objeto com massa m1 em repouso (a tabua) e outro objeto com massa m2 (a mão do Karateca) se movendo em alta velocidade (v) se movendo na direção do impacto e ignorando as perdas de energia devido à produção de calor e som, a quantidade de energia do sistema perdida para a deformação é dada pela formula: onde e é o coeficiente de restituição, que mede o quanto elástica será a colisão.

Isto determina a dureza ou maciez dos objetos que colidem, que juntamente com a velocidade determina o impulso. Se objetos duros colidem (para uma colisão inelástica), eles se acelerarão um ao outro rapidamente, transferindo uma grande quantidade de força em uma pequena quantidade de tempo, enquanto objetos macios colidem (para uma colisão perfeitamente elástica), transferem pequenas quantidades de energia de um objeto para o outro por uma grande quantidade de tempo.

A diferença entre a duração que o momento leva para ser transferido e a quantidade de força em um dado instante mostra porque socar um travesseiro com a parte macia da mão machuca menos que socar um tijolo com as juntas dos dedos (seiken).

Quanto mais velocidade a mão tiver, mais energia será transferida para a tábua. Em termos simples, se a tábua receber mais energia que sua estrutura possa suportar, ela quebrará. Mais rigorosamente analisado, a transferência de energia causará a deformação da tábua. Este processo é chamado trabalho, e trabalho é força vezes distancia.

Se a área atingida da tábua for deformada uma distancia suficiente, ela quebrará. Uma vez que a distância que ela se deformará, depende da quantidade de energia transferida para ela e a quantidade de energia transferida depende da velocidade da mão do Karateca, um golpe a alta velocidade provavelmente quebrará a tábua.

Autor: Jon Chananie – 1999 Universidade de Virginia – Charlottesville

Tradução: Daniel Falcão – 2006

Resumo: Geraldo Carvalho – Diretor de Divulgação da Shobukan