Почему кнуты так болят?

Причина того, что кнут причиняет такую ​​боль, заключается в том, что кончик кнута движется очень быстро, вызывая разрыв кожи.

Обоснование этого легко проанализировать из закона сохранения импульса. Примем удобное приближение, что масса на единицу длины ($\rho$) не меняется по длине хлыста. Это не так, как настоящие кнуты, но на вывод это не сильно повлияет.

Первоначально вся длина кнута движется, скажем, со скоростью$v$, если вы внимательно понаблюдаете за движением хлыста, то увидите, что с течением времени первоначальный импульс концентрируется на все меньшем и меньшем участке хлыста, в то время как остальная часть почти статична.

Теперь, если длина кнута$l$тогда начальный импульс равен$\rho l v$. Если мы посмотрим на моментальный снимок в более позднее время и скажем, что наблюдаем, что$l_0$длина хлыста, находящегося в данный момент в движении.

Тогда по закону сохранения импульса$\rho v_0 l_0 = \rho v l$. Отсюда следует, что скорость движущегося конца,$v_0 =\frac{v l}{l_o}$

по прошествии времени$l_0 \to 0$,$v_0 \to \infty$. Наконечник движется с очень большой скоростью, поэтому способен пробивать. Тонкий наконечник делает эффект более драматичным (за счет меньшего$\rho$), но не меняет существенного механизма.

Вам может понравиться это видео

Скорость кончика кнута может превышать скорость звука. Из Вики :

Треск, который производит хлыст, возникает, когда часть хлыста движется быстрее скорости звука, создавая небольшой звуковой удар. Создание звукового удара было подтверждено высокоскоростной теневой фотографией в 1927 г. 1

Есть по крайней мере три «способа движения», которые могут придать кнуту необходимую скорость, чтобы заставить его треснуть. Их три: полуволна, полная волна и петля. Эти названия указывают на форму изгибов хлыста при его броске. Во всех трех начальное движение применяется к рукоятке, а результирующая форма движется вниз по корпусу хлыста к кончику. Высокая скорость острия объясняется законом сохранения импульса. Поскольку импульс является вектором, он имеет направление и не проходит через какой-либо изгиб, который меняет направление движения тела хлыста на противоположное, например тот, который возникает, когда полуволна движется вниз по хлысту.

При броске хлыста начальное движение рукоятки добавляет к телу хлыста некоторое количество кинетической энергии. Если хлыст вот-вот лопнет, движение рукоятки также должно производить один из режимов движения, создающих изменение направления движения хлыста. Когда изменение направления движется вниз по хлысту, импульс и кинетическая энергия хлыста концентрируются в сегменте хлыста между кончиком и движущимся изгибом. Когда изгиб приближается к кончику, масса движущейся части приближается к нулю, в то время как энергия остается относительно постоянной. Поскольку импульс является произведением массы и скорости движущегося объекта, чем меньше масса, тем выше скорость. Поэтому конец кнута движется чрезвычайно быстро, легко достигая скорости звука.

Многие опубликованные научно-популярные объяснения основаны на том факте, что общая форма кнута сужается: толстая на рукоятке и очень узкая на конце, отсюда и уменьшение массы. Хотя сужение способствует уменьшению массы, оно не является решающим фактором. Даже «плоские» неконические кнуты треснут. Фактическое уменьшение массы подвижной части происходит просто потому, что хлыст заканчивается: чем ближе подвижный изгиб к кончику, тем меньше массы в той части, которая движется в заданном направлении.

Простое попадание во что-то доской не наносит почти такого же урона.

Как правило, доска может нанести гораздо больший ущерб, чем хлыст. Кнуты могут выглядеть круче, но это, кажется, все.

http://en.wikipedia.org/wiki/Whip#As_practical_weapons

Различия в боли не обязательно должны отражать количество нанесенного ущерба (если мы вообще можем определить это должным образом). Ушибы мягких тканей, ссадины, рваные раны, переломы и т. д., вероятно, вызывают боль, но, возможно (я не знаю), уровни боли не в таком порядке. Я думаю, что хлысты хорошо справляются с синяками и порезами, тогда как доски потенциально покрывают более широкий спектр повреждений. (В Интернете есть много материалов об удивительно болезненных порезах бумагой , которые также могут быть как-то связаны.)

На самом деле это не больно, вот статья о типе кнутов, которые используют жокеи : http://www.guardian.co.uk/sport/2011/oct/18/jockeys-whip-didnt-hurt почему это кажется больным. Как сказал @Alfred, это потому, что он превышает скорость звука. Звуки — это бегущие колебания в виде волн давления в упругой среде. В газах звук распространяется в продольном направлении с разными скоростями, в основном в зависимости от молекулярной массы и температуры газа, и давление мало на что влияет. вики говорит:Некоторые распространенные кнуты, такие как кнут или запасной кнут, способны двигаться быстрее звука: кончик кнута преодолевает звуковой барьер и вызывает резкий треск — буквально звуковой удар. Звуковые удары генерируют огромное количество звуковой энергии, похожей на взрыв. Это как раз ситуация с кнутом.