題主對速度的恐怖一無所知啊。
速度提升10倍,遠遠超過力量提升10倍的強悍。
很多人看到速度和力量都是提升10倍,理所當然地就會想:
速度 V=at=Ft/M
相同的時間和體重條件下,速度和力量是呈正比的。
然而事實卻並非如此。
現實情況中,肌肉纖維長度不變的情況下,力量和肌肉橫截面積呈正比的。
長度不變時,肌肉橫截面積增加10倍,肌肉重量也會增加10倍。
人體肌肉重量35%~45%,按照40%來算。肌肉力量增加10倍後,體重會增加到4.6倍。單位時間內的運動速度只會增加2倍出頭。
由於體重增加到4.6倍,如果骨骼不增粗,稍不留意就給整骨折了。但如果骨頭加粗了,體重還不得上500公斤去了,單位時間內的速度能提升到1.5倍就很不錯了。
哪怕題主對人體力學性質什麽的,啥都不管不顧了,非得讓體重不變。
那速度就能提升10倍了嗎?
根本不能!
這裏先投擲一個問題。
人類跑步時,急速往往不能超過10m/s(頂級運動員急速上限12m/s左右,普通人實際8m/s左右),除了力量外,究竟是什麽限制了跑步速度的上限?
很多人都能想到風阻。
我們不妨來看看,8m/s的速度,受到的風阻有多大。
風阻公式有:
F=\frac12CρSV^2
那麽,一個人急速跑的時候,受到的阻力為:
F=10 N
大約相當於1kg的重量,比起人的力量來說小太多了。人起跑時的肌肉力量,至少有幾十kg。
那麽人快速奔跑的時候,極速受限的主要因素是什麽?
其實是運動效率,也即 肌肉功率 。
就如同機械一樣,一個人在全力運動的時候,肌肉功率是有一個上限的。
人體運動時,肌肉收縮的力-速關系,滿足以下的規律 [1] :
A到B的曲線,是肌肉收縮速度和有效肌肉力量的關系。
當人在起跑的時候,有效力量最大,隨著速度越來越快,肌肉收縮效率逐漸下滑。在不考慮其它外力的情況下,當肌肉達到最大速度的時候,肌肉收縮的力量全部無效做功,為零。
而最大值為D的拋物線,則是肌肉運動時的有效功。當肌肉速度為零,或者力量為零的時候,有效功都為零。而在中間力-速適當的位置,有效功率最大。
人進行不同的運動時,力-速關系,有著一定的差異:
從曲線我們可以看出,當接近速度極限和力量極限的時候,力-速關系接近於直線關系。
那麽我們可以近似處理成如下的函數關系:
F=F_{a}-\varphi V
由於人體機械運動的力-速比(或者肌肉功率)變化區間不大,我們可以認為 \varphi 的值在一定範圍內,是一個定量。
戶外運動時,還會受到空氣的阻力,受力平衡:
人發力的時候,與地面還存在一個夾角。使得前進的力量,成為肌肉有效力量的一個分量。
有: f=\mu F=\mu(F_{a}-\varphi V ) , \mu 為人跑步時肌肉收縮與地面夾角的斜率。
達到極速時,有:
F=\mu(F_{a}-\varphi V )=f=F_{c}=\frac12CρSV^2
可得:
F_{a}=\varphi V+\frac12CρSV^2/\mu
若普通人 \varphi 為30, \mu 取0.5。
當,速度 V 提升10倍後,那麽:
F_{a}=2400+1000/0.5=4400N
而原來的最大的有效肌肉力量為240N。
可知,速度要提升10倍,最大有效肌肉力量需要提升18倍。
從關系式也可以看出,當速度提升1000倍之後,力量可提升30多萬倍。
最後再來談談極速提升10倍,在拳場上的效果:
普通人一拳的力量約50kg,題主×18倍,接近1000kg,也即1噸。
若胳膊有效揮臂0.5m(實際擺拳的有效揮臂更長),撞擊在人體骨骼的瞬間,彈性變量2.5cm。
那麽,沖擊的力量達到20萬N。
一拳(裸拳)打到骨頭時接觸面主要是食指、中指,以及無名指的骨節。
若總有效受力面積是5cm^2,一拳產生的壓強為:
4億pa,即400MPa。
人類骨頭不同幹密度的壓縮極限強度如下 [2] :
題主的力量,幾乎超過人類骨頭承受力量的10倍(哪怕只考慮提升10倍力量,也遠遠超過了人體骨頭的承受力量)。
而人類頭顱是組裝起來的,像太陽穴下翼點這樣的地方,由蝶、頂、額、顳四骨,匯合成「H」形縫隙,當受到外部沖擊力時,由於過於薄弱,這些部位承受的壓強將會遠遠高於骨肉強度上限。
當額頭受到正面沖擊時,沖擊力會往後傳播,造成額結節、翼點、顳骨等部位承受最大的應變。 [3]
一拳能達到什麽效果?
自己想象。
除此之外,人類感官的最低時間間隔通常需要0.05s(人類感受到連續間隔為1/24s,也即24幀)。擂台上才多大,完全降維打擊……
還有,題主極速奔跑時,帶起來的風速接近100m/s,遠遠超過17級颶風的等級。
在擂台上,他圍繞著世界冠軍跑,會如何呢?
參考
- ^ 駱建, 譚宏. 田徑運動專案的動力性力量訓練效果轉化為專項能力的原理探討[J]. 成都體育學院學報, 2003, 29(001):43-46.
- ^ 徐晉彬, 張宏民. 人顱骨力學性質的實驗研究[J]. 醫用生物力學, 1996, 011(001):5-9.
- ^ 朱青安, 歐陽鈞. 人體頭部承受正面和側向沖擊的顱骨應力分析[J]. 中國生物醫學工程學報, 1995, 14(2):140-140.