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【閒聊】反曲弓與複合弓

愛天使亞夜 | 2023-08-19 08:00:03 | 巴幣 4 | 人氣 330

接著上禮拜的話題,
提到弓的拉力與變形量的拉力曲線,
其曲線下的面積就是弓所能提供的全部能量。
那麼很顯然的,
同樣磅數的弓,
如果做得越長,
那麼能積蓄的能量自然就更多,
當然威力也就越大。

換句話說,
如果要積蓄相同程度的能量,
長弓在先天上就具有省力的優勢。
因為行程比較長,
受力加速的過程比較長,
因此最大拉力可以小一點就做到預期的功;
反之短弓因為行程短,
必須要在極短的時間內爆發,
因此必須要提高最大拉力,
才能做到預期的功,
否則就會因為做功減少而降低威力。

然而弓臂的材料特性直接決定了弓的性能,
畢竟弓能夠積蓄能量,
靠的就是弓臂本身的「彈性」。
如果不改變弓臂材料,
那麼長弓本身反而還有「因為材料多所以彈性更好」的優勢,
同樣材質且同樣造型的短弓,
磅數甚至都無法跟長弓比擬。
為了在相同材料的前提下提升短弓的磅數,
那麼就只能從改變形狀著手。

如果說同等磅數的長弓,
他的拉力曲線長這樣,
那麼在同等磅數的情況下,
如果希望他把行程縮短一半,
那麼拉力曲線就會變成這樣:
假設曲線不變,
你現在行程剩下一半的情況下,
你希望你的一半,
是綠色的那一半,
還是紅色的那一半呢?
很顯然的,
是紅色的那一半吧?
因為面積比較大嘛!
換句話說,
弓張到最緊的時候的拉力不變,
但是弓在完全釋放的時候拉力不是零,
而是有一個初始值的情況,
這樣能做的功就更多了。
那要怎麼樣讓弓在完全釋放的時候還有拉力呢?
那就是反曲弓的設計。

一般來說,
弓臂一般呈現 C 字形。
將弓臂的兩端以弓弦接上後,
就成了弓的基本形狀。
未上弦的弓臂,
兩端的距離就已經比弓弦還要長了;
那麼上了弦強迫將弓臂的兩端拉到弦長的範圍內的話,
弓臂必然就會彎曲形成 C 字形。
這時如果你把弦往後拉,
弓臂受到弓弦的牽引,
自然兩端也會被往後拉扯,
這樣弓臂的變形量就變得更大了,
因此回復力也變得更大了。
弓臂受到弦的牽引而產生的回復力就是施給箭矢的推力來源,
因此在放開弓弦後,
弓臂因為恢復力的關係變回原狀同時將箭矢射出,
值到弓臂回到原點,
此時恢復力也歸零。
這是一般直弓的情況。

但如果在弓臂上稍加工夫,
直接讓未上弦的弓臂就往前方彎曲的話,
那麼上弦後,
勢必會把弓臂的兩端往後方拽。
因為弦必須在弓臂的後方這樣才能拉弦嘛,
而弦在弓臂的後方,
弦又比弓臂短,
那麼弓臂自然就只能被往後拽了。
然而就是因為弓臂在上弦的狀態下就已經自然被往後拽了,
因此即使不給弓施加任何拉力,
弓臂也會一直想要往前跑,
只是被弦給拉住了跑不了而已。
此時如果你要拉弓會怎樣?
因為此時的弦已經是張緊的狀態,
因此你要拉動弓弦,
就必須先突破弓臂對弓弦的拉力,
也就是說,
你就必須先施以一定門檻的力才有辦法把弓拉開,
因此他的拉力曲線就不會是從零開始,
也就是上圖紅色面積的區域。
換句話說,
反曲弓的設計就是為了加強短弓的威力而做的。

當然,
從上圖來看,
不論如何,
不論是綠色還是紅色的面積,
都一定比整體的面積要小,
所以就算是反曲弓,
只要你弓短了,
在磅數不變的前提下威力就是會減弱。
反曲的設計只是為了減少能量損失而已。
既然短弓都會讓威力減弱,
那為什麼還要有短弓呢?
因為長弓太大了。
步射手攜帶長弓沒有問題,
但如過今天換成了騎射手,
你騎在馬背上的情況下是要怎麼一口氣拉開 1.5 米以上的長弓?
顯然不切實際。
因此騎射手必然使用短弓,
但為了彌補短弓在威力上的劣勢,
因而採取了反曲的設計。

另一方面,
即便是長弓,
儘管可以一拉拉開 1.5 米,
但去看他的拉力曲線,
很好明白的是,
前面那一段拉力很小的區域幾乎沒什麼在做功,
如果能夠讓前面那一段也有一定的拉力的話,
是不是能做的功又更多了一些呢?
是的沒錯,
所以連長弓也出現了反曲設計。
事實上,
從不列顛長弓手的紫杉木長弓,
到日本足輕使用的日本和弓,
都採用了反曲的設計。
反曲弓的拉力曲線特性,
可以以較短的行程來取得相同的威力,
那麼自然就能節省一些材料與重量,
減輕士兵的負擔。
戰爭拚的就是經濟,
就是對資源運用的效率,
因此呢,
反曲弓並不是什麼稀有的特殊科技,
相反,
反曲弓可是戰爭弓的教科書。

至於現代複合弓,
說他是一種革命性的發明也不為過。
不過呢,
現代複合弓問世的時候已經是熱兵器的天下了,
因此也就不會頻繁出現在戰場上。
然而,
因為他還是保有冷兵器相對安靜的特性,
因此在動作電影中還是能看到它的存在。

複合弓最大的特色就是,
他的弓臂上還配有滑輪組,
因為滑輪而改變拉力曲線,
讓他變成相對「好用」的弓。
複合弓的拉力曲線通常長這樣:
也就是一開始需要很大的力才能拉開,
但拉開以後因為滑輪省力機構的關係,
弓臂的恢復力反而減小了,
這也使得末端的拉力減輕了。
單看曲線的話,
其實它的做功可能並不會比傳統弓要多,
但是弓不是只要射出去就好,
還要瞄準的,
在瞄準的過程中,
射手必須保持弓在拉滿的狀態,
而傳統弓在拉滿狀態下因為拉力最大,
因此對射手來說也最費力;
反之,
現代複合弓因為拉滿的情況拉力反而減小,
射手就能以相對省力的方式瞄準,
進而提升命中率。

當然,
現代複合弓因為使用了玻璃纖維這種先進材料的關係,
他能以相對較輕的重量取得更大的磅數。
比賽用的複合弓一般磅數也就在 60 磅以下,
連 30 公斤都不到。
但這是因為那是比賽,
比賽必須顧及安全性,
磅數高不僅對選手負擔大,
同時也危險,
並且箭速快相對好控,
種種原因導致不適合比賽的環境;
但反過來說,
正因為材料足夠先進,
現代複合弓要做到如同古代戰爭弓一樣超過 150 磅仍是有可能的,
而且重量說不定還比較輕也不一定。
此外,
現代複合弓上面可以設計中央弓窗,
也就是讓箭矢搭在弓臂的正中央而不是左側或右側,
這樣箭使就不需要扭動來繞過弓臂,
更能提升射箭的準確度。
更遑論瞄準用表尺、配重棒、甚至是雷射瞄準器了。
現代複合弓對比於傳統弓,
儘管在破壞力上沒有明顯的差距,
但方便程度上絕對遠甩傳統弓好幾條街。

封面圖片:AI生成
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