今天不講武德,講武數|2021數感盃|高中專題|佳作

作者 賴妍希/ 高雄女中與陳沛恩/ 福誠中學

一、前言 

武道始於點而終於圓,直線亦從此一道理而生——大山倍達 

這句由極真空手道大師,大山倍達的話,呈現了武學由點至線,由線構 面,由面築圓,再乘以時間,有了繁複的變化,引人入勝。從演化歷史尺度來 看,人類從農業走向都市不過是一眨眼的時間,也許每個人深處多少對熱血戰 鬥的畫面都能感到共鳴,這也是許多青少年喜歡的影視作品多少都有武打的成 分。 

而在許多日本動漫中,從名偵探柯南到鬼滅之刃(如圖一)都有空手道的 元素,角色用空手道和對手廝殺,讓人看得非常著迷,筆者也開始思考現實生 活中空手道的威力能有多少,與一般人胡亂踢擊是否有力量上的差別。最重要 的是:防身術對女高中生是有實際應用價值的,藉由探討「空手道」的踢擊威 力,本研究想了解對女子防身而言,怎樣的招式最有實用價值。 

圖一:左為名偵探柯南之小蘭,中為拳願阿修羅黑木,右為鬼滅之刃猗窩座。 
圖片來源:網路搜尋以上關鍵字

二、研究動機 

從小學時期就對武術充滿著嚮往,有時也會幻想自己能像柯南中的小蘭一 樣一腳踢飛壞人。在升上高中後加入了極真空手道社,而極真空手道以實戰為 本質,更以全接觸式賽例聞名於世,因其全力擊打、極具破壞力的格鬥方式被 譽為世界最強武道之一。因此現在身為空手道社長的我在實戰時總會有一個煩 惱 : 如何在比賽時以自己有限的體力使出輸出最大的傷害值的招式使對手倒下。在近距離接觸中,搭配身體的轉動,踢擊是能快速給予對方傷害的,因此 本研究就著重在空手道中的旋踢。 

三、研究目的 

1、 探討女子防身術場域,旋踢的最大輸出值(牛頓 N)最高。

2、 探討旋踢,高、中、低段,何種招式效益值最高。 

四、研究方法 

1. 設備的侷限,簡化計算方式參考前人研究時發現(參考資料):想要測量招式的生物力學,要在手腳上貼許多感測器量測加速度、測量地面反作用力、角速度、各姿勢精準的角度等。

若改成分析網路上空手道影片(圖二),除了尋找選手的體重資料,還有 求得加速度,若由影片計算加速度,會受限於影片幀率與角度問題,若要用此 種方法必須用高速攝影機拍影片。 

2. 精簡測量方式 

礙於現實設備,我們用最簡化的方式,牛頓第二運動定律之 F=m*a。因為 動作都是由同一個人做出,所以直接將腳的質量設為一個定值 m,搭配手機 app (phyphox),將手機綁在腳上,搭配同步攝影進行記錄(圖三)。

 圖二:極真空手道世界賽。圖片來源:https://youtu.be/t0QMp4J81t8

圖三:phyphox 手機 app 紀錄踢擊之三軸加速度,並同步進行攝影(圖中右 部)再進行螢幕錄影,以記錄梯擊的切確時間點。

五、研究結果 

透由 phyphox 得出每 1/100 秒時在 x,y,z 方向的加速度(已扣除重力加速度, 如圖四),再將數據匯出成 csv 檔後利用公式 得出合力向量加速 度,找出最大值者後乘以質量(定值),我們便假設該值為打到對方時的所傳遞出的力。

圖四:中段旋踢在 1 秒(橫軸單位為 1/100 秒),紀錄之三軸加速度變化。單位為 m/s2

我們此次測試的招式是空手道實戰中常出現的 3 種,而許多變化的招式也 都是以此 3 招來作為基礎,分別為低段旋踢、中段旋踢和高段旋踢,此三種旋 踢相異的地方在於出腳時膝蓋抬起的高度影響腳踢出的高度不同以此來達成不 同的傷害,低段旋踢踢中敵人的部位在小腿;中段旋踢踢的是敵人的腰;高段 旋踢(也就是柯南中小蘭常踢的)則是瞄準敵人的頭部(下巴)。 

將手機綁在腳上並做出踢擊動作,所紀錄多筆數據精簡後,如下表所示。

表一:我們得到每個動作最大加速度的數據

接著我們將低中高三段各 3 次踢擊最大加速度的合力加速度進行比對,並 計算平均與標準差如圖五,單位為 m/s2

圖五:由數據得知高段旋踢之合力加速度比其他兩種較高,我們便推測在此 3 種招式中,高段旋踢的輸出值最高,單位為 m/s2

知道高段旋踢合力加速度為三種踢技中最高後,接下來我們要算的是 3 種 招式的性價比,cost performance ratio,簡稱 cp 值,也就是每出一招要花多少時 間且會輸出多少合力加速度。 

因為無法從現有設備得知每次踢擊消耗的焦耳數,本研究參考數學的積分 概念(計算 x 軸上每個單位時間的 y 值,累積求得積分),因為質量 m 視為固 定,再乘以 m 後為牛頓值 N,本研究以踢擊的準備時間 t1 到踢擊達到最高加速 度 t2 的時間區間內(圖六)的牛頓總值視為消耗的能量,我們設定一種單位稱 為「效率值」:累積單位時間內的加速度總量,再除以時間。

圖六:所取得的起始點與結束點示意圖,圖片來源:筆者手繪

而我們判斷加速度開始變化是以合力加速度超過 5 作為起始點,兩者的數 據皆四捨五入到小數後 2 位。如圖七所示

圖七:起始點與加速點之合力加速度判讀,以低段踢為例,x 軸單位 1/100 秒, y 軸單位為 m/s2

效率值若不從武術觀點的來看,相當於單位時間內輸出的牛頓數,但若以 武術觀點來看,並不是招式的任意時間點都能有效打擊,假設三種踢擊最終達 到的加速度都一樣,那效率值越低,表示該招式越「省力」。 

綜合以上數據,所得結果如表二,平均下來之數值如圖八,效率值最高為 低段踢,最低為高段踢。 

圖八:三種踢擊之平均效率值。

六、結論 

本研究試圖以簡易的定義,擷取踢擊的加速起末時間點,進行分析,所得 到的結論大致如下: 

1. 單純以最終加速度而言,高段踢若能有效打擊,應該是傷害性最高。 2. 若以本研究所定義之效率值(僅限於加速時間),且以達到最高加速為有效 打擊,其餘加速區間不視為有效打擊的情況,則高段踢對於體能的消耗未必 為最高;但若加速區間皆視為有效打擊的情況,中段踢才是最有效率的。

然而實際進行防身對打時,還需要考慮自己和對手身身高體重,弱點狀況, 實際情況不能以本篇結論一概而論。 

七、參考資料 

陳本泓。2014。武術馬步不同旋轉方向之生物力學分析。國立臺灣師範大學 吳錫銘。2004。武術側踹腿及側踢動作之生物力學分析。國立臺灣體育學院 

資料來源 

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