Het verhaal gaat hier, zowel bij de "duw" naar beneden als het "opvangen" bij neerkomen op de mat om de "krachtstoot". Gedurende een korte tijd Δt wordt er een kracht F (voor het gemak maar even constant gedacht, maar ook die kan met de tijd varieren) uitgeoefend door de werper en later (andere kracht en tijd) door de mat.

De verandering van impuls p (= m.v)  is gedefinieerd als

Δp/Δt = Δ(m.v)/Δt  = m.Δv/Δt = m.a = F = een kracht

Dus een krachtstoot (kracht uitgeoefend gedurende korte tijd) resulteert in een verandering van impuls: F.Δt = Δp

In geval van het neerkomen op de mat: de impuls die de valler had was aanvankelijk m_valler. v_{voor landing} en is daarna 0 (v=0, je ligt op de mat). Dus Δp = 0 - m.v_{voor landing} .

Dan is ineens de dikte en veerkracht van de mat erg belangrijk want om deze Δp van beweging naar stilstand te verwerken moet de mat een krachtstoot opvangen van Δp = F.Δt

Hoe meer tijd Δt des te kleiner kan de kracht zijn (meer vering, zachtere landing) die de mat hoeft uit te oefenen om de valler te stoppen.

Vallen op een betonnen vloer heeft een Δt van bijna 0 en dus een zeer grote kracht in zeer korte tijd van de vloer om de Δp te verwerken. Dan breken je botten. Een kreukelzone van een auto werkt precies zo. Door te kreukelen is er meer tijd om tot stilstand te komen; de klap komt minder hard aan dan zonder kreukelzone. De mat is bij judo je kreukelzone.

Dan de worp zelf: de eindsnelheid wordt bepaald door 2 bijdragen. Je krijgt sowieso door de zwaartekracht een snelheid van v_zw = g.t voor de valtijd t vanaf de hoogte van de worp. Maar daarbij ook nog een extra snelheid v_worp doordat de werper je naar de grond werpt. Deze snelheid komt door de extra impuls Δp_worp = m.v_worp afkomstig van de kracht F_worp die de werper gedurende een korte tijd Δt_worp uitdeelde aan de vallende partij: Δp_worp = F_worp.Δt_worp. Beide snelheden (v_zw + v_worp) geven een totaal impuls aan de valler. En deze moet door de mat worden  gecompenseerd.

Bedankt,

Dat verhelderd een en ander wel een beetje.

Naar aanleiding hiervan wil ik mijn vraagstuk iets aanpassen door deze in deelproblemen op te splitsen.

Bij Judo zijn er ook techniekn die we zelf doen zonder dat we geworpen worden. Stel het volgende:

Ik spring in de lucht tot een horizontale positie en laat me zo dus neerkomen op de grond (mat). Dan zal ik dus een moment zijn dat ik van omhoog gaan weer naar beneden val.  zeggen we op t=0 sec. Dan zal ik door de zwaartekracht naar beneden vallen en telt dus mijn gewicht en de hoogte. nemen we aan dat de hoogte op t=0, 1 m is.  stel het gewicht is 80Kg. Wat is dan de kracht die op het lichaam uitgeoefend wordt op moment dat ik de grond raak. ( uitgaande van bv beton )

Vervolgens kunnen we stellen dat deze kracht verdeeld wordt over het lichaam, in het ideale geval kom ik vlak neer en wordt dit redelijk gelijk verdeeld.

Dan kunnen we ook nog een "gooi" doen naar de hoeveelheid kracht die ik moet opwekking met mijn arm, welke in een tegenbeweging op de grond slaat net voordat ik deze raak. ( met als doel een deel van de vallende kracht te neutraliseren)

En de laatste stap is de impact van de judomat. ( dit zou ook een turnmat kunnen zijn, mogelijkerwijs zijn er specificaties van de mat verkrijgbaar)

 

In het Engels vind je: http://happycloud.tripod.com/ met de "Physics of Judo".

En voor vallen op beton: zonder de cijfers paraat te hebben: de veerkracht van beton is vrijwel 0, dus de landingstijd Δt bijna 0. Vanaf 1 meter hoogte is je eindsnelheid (5t² = 1 m, t = 0,4 s, v =) 4 m/s, en daarmee Δp = 80. 4= 320 = F.Δt ofwel F = 320/Δt  Newton. Neem voor Δt maar eens iets kleins, milliseconden en je ziet welke enorme kracht (tov de 800 N gewicht) je lichaam te verduren krijgt.

dag Mark,

Interessante vraag waarbij je er al snel tegenaan zult lopen dat je enkele aannames moet maken om het binnen de middelbares school natuurkunde te laten passen. Uiteraard kunnen we daarna onze aannames weer loslaten of verder onderzoeken.

Je kunt dit oplossen door naar stoot te kijken, waarbij je een inschatting maakt van de tijd die je nodig hebt om tot stilstand te komen. Je kunt ook energie gebruiken (arbeid) waarbij je een inschatting maakt van de afstand die je aflegt tijdens het tot stilstand komen.

Ik zie dat Theo de Klerk al het een en ander heeft verteld over stoot, daarom kies ik voor energie. Ik hoop niet dat je hierdoor in de war raakt, kies de manier van werken die je het meest bevalt. Het is overigens goed te bewijzen dat beide werkwijzen uiteindelijk op hetzelfde neerkomen.

Net voor het contact maken met de mat heb je een bepaalde kinetische energie en even daarna sta je stil. De ondergrond heeft arbeid verricht waardoor je snelheid (en ook je kinetische energie) nul is geworden.

In schoolboeken klomen we daarvoor de formule W = F * s tegen en daar zit het antwoord in. De ondergrond oefent een bepaalde kracht uit en door die kracht (F) uit te oefenen over een bepaalde afstand (s) wordt de arbied verricht. Als je op een matras valt, is de afstand vrij groot en de kracht kan dan klein zijn. Als je op beton valt, heb je een groter probleem want dat geeft nauwelijks mee.

Reken je gegeven voorbeeld eens uit voor het geval dat je remweg (afstand s) bijvoorbeeld 0,5 cm is. dat zou bijvoorbeeld kunnen zijn wanneer je met je elleboog op een stevige houten ondergrond valt. Wat is in jouw geval dan de benodigde kracht? Met hoeveel energie moet je op de mat slaan om deze kracht met 10 procent te verminderen?

Houd er ook rekening mee dat je lichaam een beetje kan meeveren waardoor de remweg verlengd kan worden. Je kunt beter op je billen vallen dan op je knieen, toch?

Kijk eens rond op natuurkunde.nl voor wat achtergrondinfo, dat is wat meer algemeen van aard maar bevat wel de ingredienten die je nodig hebt. Neem bijvoorbeeld

http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=32683

http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=59781

 

Succes!

Bedankt allemaal,

Nuttige info allemaal. Ook de links naar het artikel over judo fysics...de pdf...geweldig. Het zal me zeker helpen bij het goed formuleren en oplossen van het vraagstuk.

Rest me nog een deel onbeantwoord.

Ik heb de beschikking over een aantal profesionele 3d versnellingsopnemers. Hiermee kan ik dus de versnelling in 3 richtingen echt meten. KAn ik met deze waardes de kracht van de impact niet bepalen? bv op moment dat ik de grond raak zal ik een behoorlijke piek of juist neerval moeten zien in mijn grafiek...zou ik dit niet kunnen omrekenen naar een maat voor de kracht?

bv stel dat ik op moment van impact een snelheid heb van 20 m/s die dan plots op 0 wordt door de impact....moet ik toch aan de hand van de massa iets te weten kunnen komen?

 

Met de sensors kun je wel wat beginnen.

Je kunt op een aantal hoogtes een neerwaartse versnelling meten en de bijbehorende snelheidstoename berekenen (want  Δv = a.Δt). En tussen twee metingen van a bepalen of die lineair of anderszins tussen de beide metingen wijzigt. Want Δv =a.Δt geldt alleen voor korte tijdjes waarin a hetzelfde is.

De uiteindelijke snelheid wordt dan een optelsom:

v = v_begin + Σ a_i Δt_i   voor elk interval i waarin versnelling a_i is gemeten.

Daarmee is de eindsnelheid te bepalen en de impuls m.v die dan snel tot 0 wordt teruggebracht bij landing.

Anderzijds, de versnelling kort na/bij landing kun je meten en zal heel groot en tegengesteld in richting zijn aan die tijdens vallen - je komt immers door remmen tot stilstand.  Een eerst benadering voor de kracht is dan F = m.a ( = m. Δv/Δt)

Het is alweer een tijdje geleden maar ik heb enige tijd geleden het experiment uitgevoerd en de Energie bij impact op de judomat gemeten

Ben erg benieuwd of dit enigszins realistisch is...

dag Mark,

een verklaring erbij, wat je precies gemeten hebt (energie ??  kracht??  versnelling??) en hoe, eenheden erbij, beschrijving van de beweging, da's allemaal wel heel hard nodig als je een oordeel over realisme wil hebben.

Groet, Jan

Nou wat ik eigenlijk gedaan heb is dat ik een versnellingsopnemer omgedaan heb. Vervolgens heb ik me een aantal keer laten werpen op de judomat. ( de pieken in de grafiek) de waardes die bij de pieken staan zijn de G krachten op het moment van impact. berekend met sql(x2+y2+z2) ( was een versnellingsopnemer met 3 assen. Uitgaande dat ik in rust met 1 G te maken heb ( aantrekkingskracht aarde) . de waarde 4,5 duidt dus op 4G ofwel 4x mijn eigen gewicht te verwerken. Dat wil zeggen zou ik op beton vallen... want er lag natuurlijk een mat :-)
Of denk k hier te simpel?

Op die manier....

een voorwerp (bijv een judoka) dat vrij (dwz als een 'dead weight' en verticaal) valt vanaf 1 meter raakt de vloer met een verticale snelheid van v=√2gh = √20 ≅ 4,5 m/s.

Laten we aannemen dat tussen die versnellingsmeter en de betonvloer zich nog een mat en het lichaam  van de judoka bevonden, en die samen 5 centimeter kunnen indeuken, als een soort kreukelzone voor de versnellingsmeter. 

Gemiddelde snelheid vanaf eerste impact tot stilliggen is dan 2,25 m/s . De botsing duurt dan t= s/v = 0,05 : 2,25 = 0,02 s . De meter ondervindt dan een versnelling van a=Δv/t = 4,5 : 0,02 = 225 m/s² . Of, in populaire termen, 22 g, 22 keer de valversnelling . 

Een judoka in een worp valt gelukkig niet als een dood gewicht. Maar versnellingen van 4-10 g lijken me zeker niet uitgesloten voor bepaalde lichaamsdelen tijdens zo'n val. 


zonder die mat zou het wel eens heel pijnlijk kunnen aflopen dus, want de berekening houdt al rekening met een mat.....

Groet, Jan