🦴 01 · Quanta força aguanta un os humà abans de trencar-se?
El cos humà és una obra mestra d'enginyeria mecànica. Els nostres ossos no són pedres rígides: tenen una part mineral (calci, que dona duresa) i una part de proteïna elàstica (col·lagen, que absorbeix cops).
La força es mesura en Newtons (N).
• 1 kg de pes a la Terra fa uns 10 N.
• El teu propi cos (ex: 60 kg) empeny el terra amb uns 600 N.
Pes (N) = Massa (kg) × 10
En compressió recta (saltar de dalt a baix), el fèmur humà pot suportar fins a 4.000 N a 6.000 N (més de 500 kg de pes!). És més resistent que el formigó armat!
Si empenys un os de costat (xoc lateral) o el fas girar (torsió a Jiu-Jitsu), trenca amb molta menys força: només 1.000 N a 1.500 N!
📐 Les dues fórmules científiques del combat i de l'esport:
1. La Pressió (On es concentra la força?):
Pressió = Força ÷ Superfície (P = F ÷ S)
Com més petita és la superfície d'impacte, més gran és la pressió que rep l'os!
2. La Palanca (Com es multiplica la força a Jiu-Jitsu?):
Força a l'Articulació = Força de l'estirada × (Distància de la mà ÷ Distància colze)
Amb un braç de palanca llarg, una força petita de 150 N es converteix en 1.500 N capaços de trencar el colze!
🧪 02 · Simulador de Resistència: Posa a prova l'os!
Tria el tipus d'os i mou la barra de força en Newtons per veure com reacciona l'estructura òssia (deformació elàstica, microfissures o fractura completa):
🥋 03 · La Física al Dojo i al Camp de Futbol
1. Karate: Com es trenca una fusta sense trencar-se la mà?
Karate · PressióUn karateka expert llança un cop de puny directe (*gyaku tsuki*) amb una força d'impacte de 2.400 Newtons.
• Superfície de contacte: 80 cm².
• Pressió:
2.400 N ÷ 80 cm² = 30 N/cm².Veredicte: La força es dispersa tant que no trenca la fusta i fa mal a tota la mà.
• Superfície de contacte: només 4 cm²!
• Pressió:
2.400 N ÷ 4 cm² = 600 N/cm².Veredicte: La pressió és 20 vegades més alta! Supera la resistència de la fusta (400 N/cm²) i la trenca netament.
2. Brazilian Jiu-Jitsu: La Palanca que doblega l'articulació (Armbar)
BJJ · PalanquesA Jiu-Jitsu (*BJJ*), una persona de 55 kg pot vèncer un rival de 90 kg gràcies a la Llei de la Palanca d'Arquimedes.
A la clau de braç (*Armbar*), l'atacant agafa el canell del rival a 30 cm del colze (punt de suport/fulcre). La musculatura del rival només pot defensar-se fent resistència a només 3 cm de distància de la seva articulació.
• Si l'atacant estira amb només 160 N de força (uns 16 kg d'esforç):
• Força rebuda al colze i cúbit: 160 N × 10 = 1.600 N.
⚠️ Perill: Com que l'articulació i l'os trenquen a partir de 1.400 N, l'oponent ha de fer **tap** (palmejar per rendir-se) immediatament abans de la fractura!
3. Futbol: Per què la canyellera salva de la fractura de tíbia?
Futbol · ProteccióEn una entrada forta dividida de futbol, dos jugadors xoquen a la canyella amb una força d'impacte de 2.000 Newtons.
L'impacte es rep directament a la punta d'un tac dur de bota (superfície d'uns 2 cm²).
• Pressió:
2.000 ÷ 2 = 1.000 N/cm².• Resultat: Supera amb escreix el límit de la tíbia (350 N/cm²) ➔ FRACTURA DE TÍBIA.
La placa rígida de fibra dispersa la força en tota la seva superfície (uns 100 cm²).
• Pressió:
2.000 ÷ 100 = 20 N/cm².• Resultat: Queda 17 vegades per sota del límit de fractura. L'os està completament sa!
🕹️ EL REPTE DEL BIOMECÀNIC: CALCULA I SALVA L'OS!
Resol el càlcul de cada esport per avançar de fase. Només es desbloqueja la següent si la teva resposta és correcta!
1. Quants Newtons genera el cop d'un karateka?
La massa del puny i braç accelerat és de 5 kg. En el moment d'impactar contra el sac, assoleix una acceleració de 500 m/s².
Aplica la 2a Llei de Newton per trobar la força: quants Newtons (N) d'impacte produeix el cop?
2. Quina pressió fan els artells sobre la fusta?
El cop genera una força d'impacte de 2.500 Newtons i es concentra sobre una superfície de només 5 cm² (els dos artells Seiken).
Aplica la fórmula de la pressió: quina pressió en N/cm² reben els artells i el tauler de fusta?
3. Quina força rep el colze a la clau de braç?
A la clau de braç (armbar), la distància de la mà de l'atacant fins al colze (fulcre) és de 35 cm, mentre que la distància de resistència de l'articulació és de només 5 cm. L'atacant estira amb una força muscular de 200 Newtons.
Aplica el principi de la palanca: quina força brutal (en Newtons) s'acaba transmetent sobre el colze del rival?
4. A quant redueix la pressió la canyellera?
En una entrada forta, es produeix un xoc de 3.000 Newtons. Gràcies a la canyellera homologada, aquest impacte es reparteix en una superfície àmplia de 150 cm².
Aplica la fórmula de la pressió: quina pressió final (en N/cm²) arriba a la tíbia del futbolista?
🎟️ 05 · Tiquet de Sortida
Respon a aquestes 3 preguntes ràpides a la teva llibreta abans de sortir de classe:
1. Unitats de Força: En quina unitat física es mesura la força d'un cop o d'una càrrega?
2. Resistència dels ossos: Quan és més resistent un os humà: quan suporta compressió en línia recta (com caure de peus) o quan rep una força lateral de torsió?
3. Canyelleres de futbol: Si la força d'un xoc és la mateixa, per què la canyellera impedeix que es trenqui la tíbia?
✅ Autocorrecció del Tiquet de Sortida
1. Es mesura en Newtons (N).
2. És molt més resistent en compressió en línia recta (fins a 4.000–6.000 N). De costat o amb torsió es trenca molt abans (1.000–1.500 N).
3. Perquè augmenta la superfície de contacte i per tant redueix dràsticament la pressió (Pressió = Força ÷ Superfície) per sota del llindar de fractura.