洪式太極拳中的機(jī)械原理漫談（上）

孫華

編者：本文所說的“機(jī)械”一詞，源于英語mechanics。在英語中，mechanics多義，既可釋作“機(jī)械學(xué)”，也可釋作“力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)”等。漢語中沒有同它對等的多義詞。在19世紀(jì)50年代，該詞作為研究“力的作用”的學(xué)科名詞傳入中國時(shí)，被譯作“重學(xué)”，后來改譯作“力學(xué)”，一直使用至今。英語mechanical即“力學(xué)的”和“機(jī)械的”，而現(xiàn)代漢語中“機(jī)械的”又可理解為“刻板的”，這種不同語種中詞義包容范圍的差異，有可能對我們正確理解本文產(chǎn)生一些反感。因而在此特別說明，本文的“機(jī)械”一詞，僅為力學(xué)含義之闡述。

為閱讀此文，編者臨時(shí)抱佛腳，特翻書抄來幾個(gè)概念與讀者諸君共享，希望對大家有用：

1、力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)；機(jī)械運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的最基本的形式，機(jī)械運(yùn)動(dòng)亦即力學(xué)運(yùn)動(dòng)，是物質(zhì)在時(shí)間、空間中的位置變化。

2、力學(xué)可與其它學(xué)科產(chǎn)生交叉和融合，因而形成了許多力學(xué)交叉學(xué)科，生物力學(xué)即是力學(xué)與生命科學(xué)交叉而形成的。

3、生物力學(xué)乃是采用力學(xué)的理論來研究生物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的學(xué)科。而運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)則是應(yīng)用力學(xué)原理和方法研究生物體的外在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)分支。運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的任務(wù)是研究人體或一般生物體，在外界力和內(nèi)部受控的肌力作用下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它不討論神經(jīng)、肌肉和骨骼系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)制（按照力學(xué)觀點(diǎn)，人體或一般生物體的運(yùn)動(dòng)是神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)協(xié)同工作的結(jié)果。神經(jīng)系統(tǒng)控制肌肉系統(tǒng)，產(chǎn)生對骨骼系統(tǒng)的作用力以完成各種機(jī)械動(dòng)作），后者屬于神經(jīng)生理學(xué)、軟組織力學(xué)和骨力學(xué)的研究范疇。

引言

機(jī)械原理，是研究機(jī)械中機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)器的結(jié)構(gòu)、受力、質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)的學(xué)科，是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科。機(jī)械原理中的“機(jī)械”二字，是一個(gè)廣義的概念，不應(yīng)只將其理解為工業(yè)生產(chǎn)中轟鳴的機(jī)器，而應(yīng)該是對客觀事物構(gòu)成及運(yùn)動(dòng)模式的抽象，因而其研究對象雖然是機(jī)械，但所研究的內(nèi)容卻是機(jī)械的基本理論問題，因而具有普遍的指導(dǎo)意義。

洪式太極拳從創(chuàng)立之初，一直秉承著敢于試驗(yàn)，勇于探索，去偽存真的科學(xué)態(tài)度，取得了令人矚目的成就。洪式太極拳是一門技藝，也是一門人體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，人體雖然復(fù)雜，但只要從功能層面切入，分析其中的道理卻也并非難以入手。在對洪式太極拳理法的研究中，由于涉及到了結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，作為基礎(chǔ)理論性的“機(jī)械原理”，無疑可以給予我們很多啟發(fā)和幫助。

在這里，筆者便根據(jù)自身對機(jī)械原理的認(rèn)識(shí)，并結(jié)合跟隨李駐軍先生學(xué)習(xí)洪式太極拳的切身體會(huì)，談一談機(jī)械原理在洪式太極拳中的一些體現(xiàn)，希望可以為更好的研究洪式太極拳，起到拋磚引玉的作用。

一、機(jī)械效率

在機(jī)械研究領(lǐng)域中，人們非常重視驅(qū)動(dòng)功（輸入功）與有效功（輸出功）二者的比值，這就是機(jī)械效率。機(jī)械效率越高，說明在相同的驅(qū)動(dòng)功下，“產(chǎn)出（輸出功）”會(huì)更高，機(jī)器的素質(zhì)也相對較高。太極拳對力量的運(yùn)用非常的講究，十分重視這種投入與產(chǎn)出的衡量，一招一式都在“精打細(xì)算”，爭取用最小的驅(qū)動(dòng)力，產(chǎn)生最大的效果。

在教學(xué)中，李老師經(jīng)常會(huì)讓學(xué)生們?nèi)θタ刂扑纳眢w，只見李老師輕輕一轉(zhuǎn)，我們便東倒西歪，甚至飛了出去。李老師用這種方式，時(shí)刻提醒著我們運(yùn)動(dòng)規(guī)律正確性的重要。這其間固然有技巧的成分，但“輕輕”一轉(zhuǎn)便產(chǎn)生如此顯著的效果，只靠技巧是絕不可能做到的，但這卻說明了一個(gè)事實(shí)：李老師的整個(gè)身體，是一部高效的機(jī)械裝置，機(jī)械效率非常的高。

因?yàn)闄C(jī)器的運(yùn)動(dòng)方式是人為事先設(shè)計(jì)好的，通常不會(huì)出現(xiàn)異常，且由于所做的事情比較單一，所以在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，功的損耗主要是在摩擦上。人體則不同，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而技擊時(shí)狀況也是瞬息萬變的，因此功的損耗方式也很多，這里不僅僅有內(nèi)部筋骨帶膜的阻力，如果結(jié)構(gòu)重組的不合理，會(huì)使自身勁力發(fā)生矛盾而產(chǎn)生的損耗，甚至?xí)霈F(xiàn)無法驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)象。要想減少這種損耗，除了抻筋拔骨的訓(xùn)練外，還一定要在動(dòng)作的規(guī)范性上下大功夫，才能逐漸把自己的身體打造成一套運(yùn)作高效、合理的機(jī)械系統(tǒng)。

很多習(xí)練太極拳的朋友，不大重視拳架的規(guī)范性，覺得差不多就可以了，而卻將更多的精力花費(fèi)在所謂的“找感覺”上。而事實(shí)卻是：當(dāng)和對方真正試起手來時(shí)，所謂的“感覺”全都跑到九霄云外去了，甚至練招架之功都沒有。要知道，拳架中每一個(gè)動(dòng)作都不是憑空編造出來的，而是經(jīng)過無數(shù)次的實(shí)踐才提煉總結(jié)出來的，它們凝結(jié)了先輩們的心血，其中蘊(yùn)藏著高效、合理運(yùn)作方式的，是拳學(xué)之載體。李駐軍先生曾說：“動(dòng)作的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可以產(chǎn)生強(qiáng)大（預(yù)期）的力量，從而達(dá)到技擊（技術(shù)）所需要的理想效果?！睕]有經(jīng)過嚴(yán)格的訓(xùn)練，身體的間架結(jié)構(gòu)和運(yùn)作方式不可能達(dá)到技擊的要求，更何況太極拳的技術(shù)是十分精細(xì)的，可謂失之毫厘，謬以千里。不重視拳架規(guī)范性，是舍本求末的做法。

二、機(jī)械自鎖

有些機(jī)械，就其結(jié)構(gòu)來看，只要有足夠的驅(qū)動(dòng)力，應(yīng)該能夠沿著驅(qū)動(dòng)力的作用方向運(yùn)動(dòng)。而實(shí)際上由于摩擦的存在，使得無論這個(gè)驅(qū)動(dòng)力有多大，都無法讓機(jī)械運(yùn)動(dòng)起來，這種現(xiàn)象就叫做機(jī)械的自鎖。

從名稱上來看，機(jī)械自鎖似乎都是有害的，其實(shí)不然，自鎖現(xiàn)象在機(jī)械工程中有著廣泛的應(yīng)用，例如千斤頂?shù)牟换芈?，彈簧門的不回彈，車床刀頭的不回縮等，都是利用了機(jī)械自鎖的特性。自鎖現(xiàn)象都有哪些情況？和太極拳又有什么關(guān)聯(lián)呢？下面我們就來了解一下兩種典型的機(jī)械自鎖形式：移動(dòng)副自鎖和轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖。

圖1為滑塊1和平臺(tái)2組成的移動(dòng)副（見圖1）。設(shè)F為作用在滑塊1上的驅(qū)動(dòng)力，它同垂直于平臺(tái)的法線夾角為β（傳動(dòng)角），摩擦角為φ，即摩擦系數(shù)為tanφ。設(shè)驅(qū)動(dòng)力在x軸方向的分力為R，在垂直方向的分力為Fn。那么，F(xiàn)t=Fsin β=Fntan β是推動(dòng)滑塊1按x軸運(yùn)動(dòng)的有效分力。而Fn只能使滑塊1壓向平臺(tái)2，由于摩擦角的存在，它所產(chǎn)生的最大摩擦力為Ffmax=Fntanφ。下面我們來比較一下Ffmax和R，即比較Fntanφ和Fntanβ之間的大小。很明顯，只要能夠保證β≤φ，無論驅(qū)動(dòng)力有多大，都不可能讓這個(gè)滑塊與平臺(tái)之間產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，這就發(fā)生了自鎖現(xiàn)象。

我們知道，任何機(jī)械要想穩(wěn)定而有力的運(yùn)轉(zhuǎn)，都需要一個(gè)牢固的機(jī)架。武術(shù)運(yùn)動(dòng)也是如此，下盤穩(wěn)固，上盤才能靈活有力。因此，這個(gè)原理在洪式太極拳中有著非常重要的意義，我們試想一下，腳就是上面所說的滑塊，地面就是平臺(tái)，驅(qū)動(dòng)力就是小腿對腳的壓力，那么根據(jù)上面的道理，只要能夠保證小腿與地面的角度不超過摩擦角，那么沿著小腿的方向，無論對腳施加多大的壓力，都不會(huì)出現(xiàn)打滑，這種情況在洪式太極拳中稱作“蹋住勁力”。

洪式太極拳最忌諱膝蓋的搖擺不定和無故的跪膝，除了因?yàn)橄ドw容易受損傷外，更重要的是會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)角大于摩擦角，進(jìn)而使得腳在地面上開始滑動(dòng)，失去根基。因此，并不是說蹲得越低，膝垂得越厲害，腳下就會(huì)越穩(wěn)固。李駐軍老師在教學(xué)過程中，從不要求我們刻意下蹲，而只要求我們學(xué)會(huì)蹋住勁力。有時(shí)候，我們會(huì)去體會(huì)李老師“千斤墜”的神功，只見李老師用了一個(gè)很小的步子站在那里，而我們在他身上無論是緩緩加力還是猝然發(fā)力，李老師都是站在那里巋然不動(dòng)，泰然處之，生動(dòng)地印證了上面的道理。這種生了根之后所產(chǎn)生的支撐力，是符合牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律的，即你給他施加多大力量，他便同時(shí)返回給你多大力量，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。

這個(gè)摩擦角的大小取決于鞋子與地面的粗糙度，一般來說，接觸面越光滑，摩擦角就越小，小腿的可調(diào)節(jié)范圍也越??；接觸面越粗糙，摩擦角就越大，小腿的可調(diào)節(jié)范圍也越大。但如何調(diào)整這個(gè)角度卻是要根據(jù)實(shí)際情況而定。洪先生將膝蓋比作秤砣，當(dāng)蹋住勁力的那條腿所承受的力量變大時(shí)，膝蓋便往下松垂，起到平衡的作用。其中的道理是這樣的：由于對方向我身上施加的來力，在水平方向上的分力通常比較大，如果我僅僅是垂直站在地面上，地面給予我的支撐力在水平方向上的分力為零，無法與之抗衡，因而會(huì)被對方推出。如果我使小腿與地面呈一定角度，那么地面給予我的支撐力在水平方向上便有了分力，且角度越?。ㄏドw向下松垂的越多），分力越大，也越能平衡來力。當(dāng)然，在這個(gè)過程中不能破壞驅(qū)動(dòng)角和摩擦角的不等式關(guān)系，否則即便不會(huì)傾跌，腳下也會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)。

接下來我們再來看看自鎖的另一種情況。圖2所示，軸頸1與軸承2組成了轉(zhuǎn)動(dòng)副（見圖2），設(shè)有徑向載荷G作用于軸頸，軸頸1在驅(qū)動(dòng)力矩Md下在軸承2中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。因其摩擦圓的半徑為p，所產(chǎn)生的最大摩擦力矩為Mrmax=Fp。比較一下驅(qū)動(dòng)力矩Md和最大摩擦力矩Mrmax，即Fa和Fp的關(guān)系。我們同樣可以看到，只要能夠保證a≤p，無論載荷G有多大，軸頸都無法在軸承中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這也是自鎖現(xiàn)象的一種，車床上的偏心夾具正是利用了這個(gè)原理。

轉(zhuǎn)動(dòng)副的自鎖，在洪式太極拳中也同樣有著廣泛的應(yīng)用。比方說在發(fā)放對方時(shí)，我方將力量一瞬間作用在對方的身上，此時(shí)便可將對方的軀干看作一個(gè)軸頸，因?qū)Ψ揭泊嬖谥粋€(gè)摩擦圓（這里的摩擦，應(yīng)看作對方身體內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力），這個(gè)作用力只要不超過摩擦圓的范圍，對方就難以通過轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來化解我的力量，從而被發(fā)放出去。也正是這個(gè)原因，我們所施加的作用力，通常都要對準(zhǔn)對方的中軸線，使其難以運(yùn)化；而作為防守的一方，也要千方百計(jì)防止對方將力量作用在我的摩擦圓內(nèi)部，二者是一個(gè)相互的關(guān)系，充分體現(xiàn)了太極拳“守中用中”的技擊理念。

此外，“直來橫撥，橫來捧壓?！钡慕邮衷瓌t，從局部分析來看，是一種杠桿原理，但其實(shí)也可歸為機(jī)械自鎖的范疇。還有一些手法上的運(yùn)用，也是機(jī)械自鎖的運(yùn)用，我們將在連桿機(jī)構(gòu)一節(jié)中繼續(xù)提到。

三、機(jī)械平衡

有些機(jī)械由于設(shè)計(jì)的問題，其構(gòu)件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生不平衡慣性力，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，不僅損耗了驅(qū)動(dòng)功（專門用于產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)械不在此例），也降低了裝置的穩(wěn)定性，縮短了裝置的使用壽命。同樣，人體的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)也存在著這樣的問題，在做一些特定動(dòng)作時(shí)，如武術(shù)中的發(fā)力動(dòng)作，當(dāng)出現(xiàn)了上述的不平衡慣性力，便很容易出現(xiàn)立身不穩(wěn)、軀干振動(dòng)的現(xiàn)象，而最后到達(dá)著力點(diǎn)上的勁力也會(huì)大打折扣。

在機(jī)械領(lǐng)域，針對這個(gè)問題已經(jīng)早有研究，這就是機(jī)械平衡理論。機(jī)械平衡的目的就是設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以平衡以消除或減小慣性力的不良影響。而作為凝結(jié)著前輩們智慧結(jié)晶的洪式太極拳，在此方面雖然沒有系統(tǒng)的論述，卻也有著其獨(dú)特的解決方法。下面我們就結(jié)合著機(jī)械平衡理論來看看，兩者之間有著怎樣的異曲同工之妙。

繞固定轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)的剛性轉(zhuǎn)子，是研究機(jī)械平衡的典型模型。我們先看一下圖3，當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向尺寸較小時(shí)，可以近似認(rèn)為它們的質(zhì)量分布在垂直于其回轉(zhuǎn)軸線的同一平面內(nèi)。如果質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其偏心質(zhì)量便會(huì)產(chǎn)生慣性力。對這類轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡時(shí)，同常是在轉(zhuǎn)子上增加或除去一部分質(zhì)量，或者改變每個(gè)偏心質(zhì)量的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，使其慣性力得以平衡。

人體最大的軸心便是我們的脊柱，軀干在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，人體極易出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象。洪式太極拳中的“掩手肱捶”一式，正是這種盤狀轉(zhuǎn)子平衡的典型例子。掩手肱捶的運(yùn)動(dòng)過程是這樣的：在蹋住勁力的情況下，腰襠瞬間發(fā)動(dòng)，使整個(gè)軀干產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，而這種轉(zhuǎn)動(dòng)通過肩部，又帶動(dòng)起兩臂。按照技法的要求，此時(shí)兩臂要合住這股勁，不僅如此，還要將右臂的螺旋前沖和左臂的肘擊的沖力，同這股旋轉(zhuǎn)力合在一起。如果兩臂配合的不好，便會(huì)使整體質(zhì)心產(chǎn)生不平衡的慣性力，不僅會(huì)使軀干產(chǎn)生晃動(dòng)，左肘與右拳的打擊力也會(huì)大打折扣。因此，在練習(xí)掩手肱捶的發(fā)力時(shí)，如果出現(xiàn)了上述情況，就應(yīng)該在兩臂回轉(zhuǎn)半徑變化的時(shí)機(jī)上下功夫（手臂的質(zhì)量當(dāng)然無法改變），并努力控制住中線，使其不發(fā)生偏移，這樣一來，腰襠所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，才不至于損耗在克服不平衡慣l生力所產(chǎn)生的振動(dòng)上。

如果轉(zhuǎn)子的軸向尺寸較大時(shí)，偏心質(zhì)量便不能看作是分布在同一個(gè)平面內(nèi)了，圖4所示的曲軸便是一例。在這種情況下，即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上（圖中的點(diǎn)S），但由于每個(gè)偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而會(huì)形成慣性力偶，致使整個(gè)機(jī)構(gòu)依然是不平衡的，而且這種不平衡只有在旋轉(zhuǎn)時(shí)，才會(huì)體現(xiàn)出來。

在洪式太極拳中，也有很多這樣的情況，比如“閃通背”最后一個(gè)動(dòng)作，以左腿為軸心，左臂和右腿便形成了類似圖中的一對轉(zhuǎn)子。在練習(xí)時(shí)，兩者如果在回轉(zhuǎn)半徑和力度上配合不好，同樣會(huì)出現(xiàn)立身不穩(wěn)，威力不足的問題。練習(xí)拳架的時(shí)候是一種情況，在對方身上運(yùn)用的時(shí)候又是一種情況，當(dāng)我方用左臂搭在對方右肘上施以捌摔時(shí)，相當(dāng)于增加了左臂轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，那么右腿的轉(zhuǎn)子就一定要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，適當(dāng)增加右腿的回轉(zhuǎn)半徑和后掃力度。

另外，還有一些輕微轉(zhuǎn)動(dòng)或不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，這時(shí)候便不稱作轉(zhuǎn)子了，只需運(yùn)用杠桿的平衡原理即可，如“右擦腳”的最后一個(gè)動(dòng)作，“護(hù)心捶”的第三、第四動(dòng)作，后手都是用向后方伸展的方式，來平衡前手或前腿所產(chǎn)生的不平衡賢陛力。

寫到這里，突然想起洪先生在《太極拳推手的求實(shí)、求真》一文中寫道：“各式太極都以圓為高，陳式則要求螺旋前進(jìn)的纏絲勁。在各拳論中從未提出‘彈抖二字，自從沈家禎《陳式太極拳》在所謂第二特點(diǎn)的文中，提出‘對拉拔長的彈性運(yùn)動(dòng)方將太極發(fā)力比作‘彈簧，而陳氏后人在發(fā)勁時(shí)總做出‘彈抖之狀，以自嘩功夫勁力，實(shí)則螺旋毫不‘彈抖，所以將陳式發(fā)勁，改為松。彈抖似仍不和陳式原則，后又另文論之?！庇纱丝梢?，先輩們早已通曉其中的道理，而某些后學(xué)者卻故作聰明，將這種彈抖（振動(dòng)）看作是功夫的表現(xiàn)，破壞了一些根本原則，使太極拳誤入歧途，令人痛心。

我們明白了這個(gè)道理之后，再來看看太極拳中的“雙重”。從機(jī)械平衡的角度來看，“雙重”就是人體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對于中軸出現(xiàn)了失衡，這個(gè)中軸大到整個(gè)脊椎，小到一根手指，只要出現(xiàn)了上述的不平衡，那就是雙重，洪先生簡明地解釋為：“凡是一側(cè)手足上下同實(shí)，便成雙重?！睂Υ?，先輩們早已給出了解決失衡的方法：“左重則左虛，右重則右杳。”也就是說，讓轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量（效果上）均勻地分配在中軸的兩側(cè)，或者說四周，便可以有效地減少和消除這種不平衡。所以說，我們應(yīng)當(dāng)在動(dòng)態(tài)中去理解雙重的概念，而不是主觀上把雙腿承重的分配作為判斷雙重的標(biāo)準(zhǔn)，那是一種刻舟求劍的做法。正因如此，洪式太極拳始終提倡“隨遇平衡”的理念，反對“重心移至某腿”的論調(diào)。

（待續(xù)）