Jest tu wiele różnych rzeczy.

Po pierwsze, jest kwestia przyspieszenia. Młotki są bardzo twarde i solidne, więc gdy uderzysz młotkiem w główkę gwoździa, energia i siła uderzenia są dostarczane niemal natychmiast. Z drugiej strony dłonie są raczej miękkie i będą rozprowadzać taką samą ilość energii i przyspieszenia przez dłuższy czas, co skutkuje mniejszą siłą przyłożoną do kawałka drewna. Różne gatunki drewna mają różną odporność na nacisk, więc wciąż dość łatwo jest na przykład wbić gwóźdź w balsę, podczas gdy znacznie trudniej jest przebić go przez arkusz dębu. Hammerhead w rzeczywistości gromadzi dużo energii podczas zamachu, przechowywanej jako energia kinetyczna w głowie. Dlatego młotki są ciężkie (a im większa siła, tym cięższa głowa) - pozwala na magazynowanie większej ilości energii kinetycznej przy tej samej prędkości głowy. Maksymalna prędkość, do jakiej są zdolne twoje mięśnie, jest o wiele bardziej ograniczona niż ilość energii, jaką mogą dostarczyć, biorąc pod uwagę coś tak małego jak gwóźdź.

Po trzecie, młotki działają jak dodatkowa dźwignia, pozwalając ci dostarczyć więcej siły jako kompromis z czasem. Działa to w parze z drugim punktem - dłuższy zamach daje większą siłę uderzenia. Pomaga to również młotkowi w osiągnięciu wyższych prędkości niż w przypadku bezpośredniego trzymania głowy, w przeciwieństwie do trzymania trzonu.

Po czwarte, po prostu nie będziesz tak mocno uderzać gołą pięścią. Twoje ciało ma wbudowane mechanizmy bezpieczeństwa, które dość mocno starają się zapobiec kontuzjom, i możesz się trochę zranić, uderzając głową w gwóźdź. Zwróć uwagę, że dość łatwo jest wbijać gwoździe, używając drewnianej deski dociśniętej prosto do dłoni i uderzając w gwóźdź - to rozprowadza siłę uderzenia na dłoń, zapobiegając bólowi i kontuzjom oraz umożliwiając mocniejsze uderzenie.

Wreszcie, surowa siła jest tutaj prawdopodobnie dominującym czynnikiem.Pchanie pozwala wykorzystać całą siłę mięśni, która prawdopodobnie znajduje się w okolicach wagi (z dość dużym rozrzutem).Z drugiej strony uderzanie pozwala ci gromadzić siłę twoich mięśni w trakcie zamachu, pozwalając ci na przekazanie znacznie większych sił niż byłoby to możliwe przy zwykłym pchaniu.Spróbuj wbijać gwoździe po prostu popychając młotek, a zauważysz różnicę dość łatwo - jedyną korzyścią, jaką odniesiesz z używania młotka, jest to, że nie będziesz odczuwać tak dużego bólu, jakpodczas naciskania na znacznie mniejszą główkę gwoździa.

Dzieje się tak dlatego, że kiedy wbijasz gwóźdź, przykładasz siłę do gwoździa, zmieniając pęd młotka $ F = \ dot p $ Siła ta pomaga przezwyciężyć tarcie, a tym samym wepchnąć gwóźdź do środka.Tak nie jest z twoją ręką.Co więcej, jeśli spróbujesz rozwinąć tę samą siłę ręką, zranisz się z powodu nacisku wywieranego na dłoń przez główkę paznokcia.Zwiększone uderzenie może również doprowadzić do przebicia paznokcia w dłoń, dlatego uważaj;)

Twoje ręce są miękkie, a główka młotka jest bardzo twarda.Dlatego twoja ręka zatrzyma się po uderzeniu w gwóźdź w znacznie dłuższym czasie niż młotek. Teraz siła jest tempem zmiany pędu.Młot jest cięższy, więc pęd jest początkowo większy, nawet jeśli ręka i młot uderzają z tą samą prędkością.Podobnie jak czas potrzebny na zmianę pędu do zera jest krótszy w przypadku młotka.Oba te czynniki znacznie zwiększają siłę wywieraną przez młotek.Dzięki temu jest w stanie wbić gwóźdź w ścianę.

Jest to w rzeczywistości możliwe, o czym świadczy liczba filmów online, na których ktoś wbija gwóźdź gołymi rękami.

Co więcej, ludzka ręka jest wystarczająco twarda, aby wbić w niągwóźdź do jakiegoś dość twardego, jeśli zostanie wbity wystarczająco szybko.Chodzi o to, że uszkodzenie ręki byłoby raczej katastrofalne, więc nasz nieznośny mózg powstrzymuje nas przed uderzeniem w gwóźdź tak mocno, jak to tylko możliwe.

Możesz! Ale najpierw pewne środki ostrożności:

• Twoja ręka jest bardziej miękka niż drewno (ogólnie w przypadku drewna, które wymaga wbicia nowych gwoździ i przygotowania rąk do wbijania młotka). Oznacza to, że potrzeba mniej nacisku , aby gwóźdź uszkodził dłoń, niż aby wbił się w drewno. Spiczasty wędzidło z przodu gwoździa i szeroka główka na końcu, który trzymasz, bardzo pomogą. Jednak dobrym pomysłem może być nieco większe rozłożenie siły pod koniec, w którym będziesz naciskać. Jednym ze sposobów jest przyklejenie większej płaskiej powierzchni na główce gwoździa, aby można było wcisnąć. Mam te zapasowe cegły ...
• Ale całe to klejenie i suszenie trwa zbyt długo. Zamiast tego weźmy po prostu mały blok drewna, wystarczający byłby 4 cale (10 cm) długości 5 cm na 10 cm (5 cm na 10 cm). Trzymaj go w większości płasko między dłonią a głową gwóźdź i popchnij . Zobacz, jak działa. Jeszcze tylko kilka tysięcy, dopóki nie skończysz budować tego domu ...
• Hmm ... Może to też trwa Wiem: przyśpieszmy trochę. Zamiast po prostu naciskać na gwóźdź, dlaczego nie zrobić dobrego rozbiegu. Podnieś kawałek drewna i opuść go szybko na główkę gwoździa. (Ty ”). Prawdopodobnie będziesz musiał przytrzymać trzonek gwoździa na miejscu drugą ręką. Ostrzeżenie: masz zamiar machać blokiem drewna w swojej trzymającej ręce, więc możesz chcieć być gotowy do usunięcia go z drogi, gdy tylko blok uderza w główkę gwoździa. Jeśli nie jesteś wystarczająco szybki / ostrożny, może pojawić się krzyk.) To idzie znacznie szybciej ...
• Niestety, mimo że blok drewna rozprowadza siłę na dłoni, podczas uderzania z główki gwoździa nadal poddawany jest on wyższemu naciskowi. Powoduje to wgniecenie i nacięcie powierzchni bloku. Przypuszczam, że musimy użyć czegoś mocniejszego. Tak się składa, że ​​mam przy sobie ten stalowy odbojnik. Spróbuj tego. Tak. Nadal wywiera nacisk na twoją rękę. Ale zamiast uderzać płaską częścią, łatwiej jest uzyskać dobry chwyt wokół długiej osi i używać jej w ten sposób. (Dzieje się tak, ponieważ odbojnik jest o wiele cieńszy niż klocek, że palce faktycznie zwijają się, aby zakryć kawałek płaskiej strony, którą uderzamy w paznokcie. Aby zapobiec sporadycznemu przycinaniu i obcinaniu końcówek palców przez natychmiastowe uderzenie gwoździami, możemy chcieć znaleźć sposób na przytrzymanie odbojnika, który nie ma naszych palców na uderzającej twarzy.)
• Wiesz. Trzymając to w ten sposób ... Prawdopodobnie mógłbyś podnieść go nad głowę i przesunąć w dół na główkę gwoździa i uzyskać znacznie większy pęd przeniesiony na paznokieć. Spróbuj. Tak. To działało znacznie lepiej.
• Ups. Teraz klin, który trzymasz, próbuje podważyć palce przy każdym uderzeniu. Jest również całkiem niezły w przenoszeniu drażniącego uderzenia w palce przy każdym uderzeniu, co powoduje ich odrętwienie. Z pewnością jest niewygodne, aby z powrotem wrzucić do palców taki sam pęd, jak wbijasz paznokieć. Co możemy zrobić? Pomyślę o tym. Kontynuuj kadrowanie, a ja poszperam w moim śmietniku i zobaczę, czy coś przyjdzie mi do głowy.
• Wpadłem na świetny pomysł.Mam tę starą, nieużywaną rękojeść topora.Zauważ, że prawie trzymasz siekierę.Będzie wspaniale: przymocowujemy odbojnik do końca klamki, a następnie obracasz ustrojem, trochę jak siekierą, aby połączyć łby gwoździ z małą płaską powierzchnią odbojnika.Powinno to naprawdę zmniejszyć nacisk na twoją rękę, ponieważ część z tego będzie wyglądać jak moment obrotowy, a także niewielkie ugięcie rączki trochę rozłoży transfer pędu w czasie i wygrałeś 'nie trzymać klina, próbując rozerwać palce.Będzie wspaniale, obiecuję.

A więc tak, podczas gdy możesz wbić gwóźdź gołą ręką.O wiele lepszym pomysłem jest użycie młotka.

TL;DR:

Aby wbić gwóźdź w drewno, należy przyłożyć odpowiednią siłę, aby rozłupać włókna drewna („zrobić dziurę”) i pokonać siłę tarcie między gwoździem a drewnem.

Młotek może przyłożyć znacznie większą (chwilową) siłę niż dłoń, ponieważ jest dużo twardszy (ma większy moduł Younga).

Jeśli założymy, że masa $ m $ uderza w nieruchomy obiekt z prędkością $ v $, a między nimi znajduje się mała sprężyna o stałej sprężyny $ k $, to obliczamy ściśnięcie sprężyny $ \ Delta x $ za pomocą prosty argument energetyczny:

$$ E = \ frac12 mv ^ 2 = \ frac12 k \ Delta x ^ 2 $$

Maksymalna siła $ F = k \ Delta x $ wtedy wygląda następująco:

$$ F = \ sqrt {mk} v $$

Widzimy, że siła rośnie z prędkością i przy pierwiastku kwadratowym z masy $ M $ lub stała sprężyny $ k $. Innymi słowy, twardszy przedmiot (taki jak młot) ma wyższą „stałą sprężystości” $ k $, a ponieważ zwalnia na krótszym dystansie, przyłoży większą siłę. I to jest siła, której potrzebujemy, aby wbić gwóźdź.

Innym sposobem myślenia o tym jest zachowanie pędu. Jeśli musimy stracić pęd $ Mv $, możemy to zrobić, przykładając siłę $ F $ na czas $ \ Delta t $. Im krótszy $ \ Delta t $, tym większy $ F $. Ponownie, „miękka dłoń” jeszcze bardziej rozłoży czas uderzenia i zmniejszy siłę szczytową.

Są tutaj sprawy drugorzędne - na przykład, jeśli położysz młotek na końcu długiego kija (młot kowalski), będziesz w stanie przyspieszyć ruch: a siła idzie liniowo z prędkością, ale tylko z pierwiastkiem kwadratowym masy. Oczywiście trudniej jest dokładnie trafić młotkiem z długą rękojeścią, ale zapewni on większy cios niż krótki, ciężki.

Jeśli jesteś wystarczająco silny, możesz wcisnąć gwóźdź ręcznie. Potrzebujesz jedynie ochrony przed „równą i przeciwną reakcją” paznokcia na Twoje miękkie dłonie. Gwóźdź może przebić drewno, ponieważ jest ostry, wywierając duży nacisk na powierzchnię, z którą się styka. Główka gwoździa jest stosunkowo dużo szersza, więc nie przebije dłoni tak łatwo, jak ostry koniec, ale najwyraźniej nie jest przystosowana do wciskania ręką. To wciąż zbyt mała powierzchnia, abyś mógł mocno naciskać na słabą ludzką skórę.

Aby wcisnąć gwóźdź ręką, potrzebujesz jakiejś obrony przed tym naciskiem.

1. Możesz nosić żelazną rękawicę, jak średniowieczny rycerz. Nie zostanie przekłuty i rozłoży nacisk na większą powierzchnię dłoni, zapobiegając obrażeniom.

2. Na szczycie można umieścić duży metalowy dysk wielkości przynajmniej dłoni. gwóźdź, zasadniczo tworząc gwóźdź z bardzo dużą główką. Tak wyglądałby gwóźdź, gdyby został zaprojektowany do dotykania ręką. Oczywiście, gdybyś wskoczył na dysk, to prawdopodobnie

wbić gwóźdź znacznie szybciej, niż po prostu go popchnąć.

Podstawy, prawo Newtona i całkowanie przyspieszenia:

  sum (F) = m.av = at  

Siła wywierana przez młotek jest rozpraszanaw mgnieniu oka, bo młotek jest bardzo silny.Dlatego przyspieszenie jest świetne.

Teraz, biorąc pod uwagę, że Twój młotek ma .2kg , jedzie z prędkością 10m.s ^ -1 i uderza w gwóźdźpodczas 1ms pcha o (0,2kg * 10m / s) / 0,001s = 2000N

To jest siła ciągu wymagana do uniesienia 200kg.

Dla porównania, kiedy tak dużo podnosisz, zakładając, że jesteś bardzo silny, polegasz na swoich całych rękach.Ale tylko jedną ręką większość ludzi wygeneruje mniej niż 500N i bez ranienia siebie, palcem, może mniej niż 100.

Teraz powód, dla którego powolne naciskanie na paznokieć nie działajest tarciem drewna.

Ponieważ Twoja dłoń jest bardziej miękka niż młotek, pochłania większość siły uderzenia w gwóźdź, zmniejszając całkowitą moc potrzebną do penetracji drewna.Aby to zrekompensować, należy zastosować zbyt dużo siły, aby po prostu zranić paznokciem dłoń.Jeśli odporność skóry dłoni jest mniejsza niż odporność drewna, tylko Twoja dłoń będzie udoskonalona, nawet biorąc pod uwagę format płaskiej główki gwoździa.Jeśli jednak dostałeś gwóźdź z łbem zębatym, jakby to była olbrzymia szpilka, możesz uderzyć otwartą ręką i tak się stało.Prawdę mówiąc, największym problemem jest presja.Metalowa główka Hammer może wspierać mały nacisk na gwóźdź, twoja ręka nie.Jak mniejsza powierzchnia przy tej samej sile, tym większe ciśnienie względne.Wtedy prawdziwą siłą jest tu nacisk, a nie siła nacisku młotka.