太極拳內(nèi)功形成的物理原理

戴景烈

太極拳內(nèi)功的形成和本質(zhì)用壓強（包括大氣壓強）、流速、動能、動量和激波五個物理原理結(jié)合循環(huán)系統(tǒng)的生理原理，不僅能解釋清楚，而且還能把所有與太極拳（包括其他內(nèi)家拳、禪功、氣功）有關(guān)的任何問題都解釋清楚。簡單地說，太極拳內(nèi)功的形成是古人對壓縮動力學(xué)、激波原理和人體循環(huán)系統(tǒng)的認知和開發(fā)運用，本質(zhì)是腹部放松擴張和收縮擠壓與肺呼吸肌的舒張和收縮同步疊加產(chǎn)生的強大的張力和壓力，通過正確的呼吸方法由肺循環(huán)管道傳導(dǎo)作用于心臟血液，血液在意念引導(dǎo)下定向集中快速流動而產(chǎn)生的變量動能;太極拳的內(nèi)勁則是動能以動量形式傳遞外放的作用力，這一作用力在液體激波作用下發(fā)生應(yīng)力和溫度的數(shù)倍突變躍升。更簡單地說，太極拳的內(nèi)功鍛煉是對循環(huán)系統(tǒng)工作原理的仿生應(yīng)用或深度開發(fā)。

為了說明太極拳內(nèi)功形成的物理和生理原理及其本質(zhì)，可以先忽略循環(huán)系統(tǒng)本身的力，并了解五個物理原理和人體循環(huán)系統(tǒng)的生理原理。

（1）壓強的原理。當儲水的皮球受力的擠壓時，壓力就會通過皮球表面作用于里面的水，并以壓強的形式傳導(dǎo)。壓強的值為P=F/s，其中P為壓強、F為壓力、S為物體表面積，也就是說當物體表面積基本不變的情況下，壓力越大壓強越大。

（2）大氣壓強原理。大氣會從多個方向?qū)μ幱谄渲械奈矬w產(chǎn)生壓強，稱大氣壓。計算公式為P=pgh，其中p是大氣密度，g是重力常量，h為高度，地面上標準大氣壓約等于760毫米的水銀柱產(chǎn)生的壓強約等于L 013*10⌒5帕斯卡，通常也叫標準大氣壓，人體內(nèi)外同時受到氣壓的作用且恰好都相等。大氣壓強可不小，它相當于10米高的水柱對底部產(chǎn)生的壓強。密閉容器中，如果里面的壓強小于大氣壓強，由于存在壓力差，而具有吸力，這就是真空原理。1654年，抽氣機發(fā)明者奧托·格里克的馬德堡半球?qū)嶒?，?6匹馬（每邊各8匹）分別反向拉兩個直徑30厘米銅質(zhì)空心抽出球內(nèi)空氣的緊扣半球，費了很大的勁才拉開。真空原理在我國古代也常用，如中醫(yī)的拔罐。

（3）流速原理。按流體力學(xué)原理，流體在單位時間內(nèi)流過的距離稱流速。斷面平均流速（V）的大小等于通過該斷面的流量（Q）除以斷面面積（A），即V=Q/A（米/秒）。也就是說流速與流量成正比，與斷面面積成反比。

（4）動能原理。物體由于運動而具有能量，這就是物體的動能（Ep），動能的數(shù)值等于物體的質(zhì)量（m）與速度（v）平方乘積的二分之一，即Ep=mv2/2，它的國際單位是焦耳（焦）。

動能是標量，即只有大小而不存在方向。同時動能是狀態(tài)能，不能有負值。質(zhì)量相同的物體運動速度越大，它的動能越大，而且以二分之一速度平方數(shù)遞增。動能具有瞬時性，是指力在一個過程中對物體所做的功等于在這個過程中動能的變化。也就是說，合外力對物體做的總功（△w）等于動能的變化（△Ep）等于末動能（Ep）減去初動能（Epo），用公式表示即Wl+W2+W3……=W總，△W：△Ep=Ep-Epo。動能定理適用于物體的直線運動，也適用于曲線運動;適用于恒力做功，也適用于變力做功。力可以分段作用，也可以同時作用，只要求出多段的正負代數(shù)和即可。

（5）動量原理

①動量和沖量

動量：運動物體的質(zhì)量和速度的乘積叫做動量。即p=mv。m為質(zhì)量，單位kg：v為速度，單位m/s。動量是矢量，方向與v的方向相同。

沖量：力和力的作用時間的乘積叫作用力的沖量。即I=Ft。F為力（N），t為時間（s），沖量也是矢量，它的方向由力的方向決定。

②動量定理：物體所受合外力的沖量等于它的動量的變化。表達式為Ft=P/-P或Ft=mv-mv。

動量定理研究的對象可以是單個物體，也可以是物體系統(tǒng)。對物體系統(tǒng)，只需分析系統(tǒng)受的外力，不必考慮系統(tǒng)內(nèi)力，系統(tǒng)內(nèi)力的作用不改變整個系統(tǒng)的總動量。

動量定理不僅適用于恒定的力，也適用于隨時間變化的力。對于變力，動量定理中的力F應(yīng)理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。

③動量守恒定律：一個系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。物體2把多少機械運動傳遞給物體1，物體2將失去等量的動量，傳遞的結(jié)果是兩者的總動量保持不變。表達式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。

④碰撞

碰撞是物體間發(fā)生的時間極短的相互作用過程。碰撞分“彈性碰撞”和“非彈性碰撞”。任何碰撞都遵守動量守恒定律和能量守恒定律。

碰撞的特點是物體間的相互作用突然發(fā)生，作用時間很短，作用力很大，且遠大于系統(tǒng)受的外力。在碰撞過程中，系統(tǒng)的總動能不可能增加，一般有所減少而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。物體的相互碰撞時出現(xiàn)的力即沖擊力，也叫撞擊力。從動力學(xué)角度講，力反映了動量傳遞的快慢情況，因為P=mv=Ft，即F=p/t，當時間t越短，則F越大，碰撞的撞擊力或沖擊力大的原因即此。

反沖現(xiàn)象。反沖現(xiàn)象是指在系統(tǒng)內(nèi)力作用下，系統(tǒng)內(nèi)一部分物體向某方向發(fā)生動量變化時，系統(tǒng)內(nèi)其余部分物體向相反方向發(fā)生動量變化的現(xiàn)象。如噴氣式飛機、火箭等，在反沖現(xiàn)象中系統(tǒng)的動量是守恒的。

動量和沖量的關(guān)系。動量是瞬時量，是表示質(zhì)量機械運動狀態(tài)的物理量，即隨時可變方向。動量也是狀態(tài)量，是指某一時刻或某一位置時物體的動量。沖量則是過程量。動量和沖量數(shù)值和方向相等，即p=mv=Ft=I。

動能和動量的關(guān)系。動能是表示某一時刻物體具有做功的本領(lǐng)，它描述的是物體運動狀態(tài)的物理量，動能的變化表現(xiàn)為力對空間的累積效應(yīng)，其變化與外力做的功相等;它跟速度變化過程無關(guān)，也與運動方向無關(guān)，動能是標量。動量是從機械運動傳遞的角度來研究，動量的變化表現(xiàn)為對時間的累積效應(yīng)，其變化與外力的沖量相等;動量是矢量，與方向有關(guān)。動能和動量可以相互換算，由動能換算為動量，由動量換算為動能。

（6）激波和液體激波原理

激波是氣體、液體和固體介質(zhì)中應(yīng)力（或壓強）、密度和溫度在波陣面上發(fā)生突躍變化的壓縮波，又稱沖擊波。激波可視為由無窮多的微弱壓縮波疊加而成。為更好的認識激波，可以了解一下激波管試驗。激波管是19世紀末法國化學(xué)家P·維埃耶為研究礦井中的爆炸，制成第一根激波管并成功做了實驗。激波管是一根兩端封閉的柱形長管，中間用膜片隔成兩段，分別充以模擬要求的高壓驅(qū)動氣體和低壓被驅(qū)動氣體，膜片破裂后，高壓氣體膨脹，產(chǎn)生向低壓氣體一端快速運動的激波，并產(chǎn)生向低壓氣體一端傳播的膨脹波。激波的壓縮作用會使實驗氣體的參量有相應(yīng)變化例如壓強和溫度有較大提高，這里激波的能量與高低壓氣體壓力差有關(guān)。

液體中的激波就是液體在緊縮到某一水平后都會愈來愈難以緊縮，當一度陸續(xù)變遷的緊縮應(yīng)力波在液體上流傳時，液體的這種非線性緊縮特點使得高振幅處的波速大于低振幅處的波速，后加載的高振幅處的擾動將追上先加載的低振幅處的擾動，波形后緣變得愈來愈陡，最后發(fā)生應(yīng)力、密度和溫度的突躍。液體波速較慢，容易產(chǎn)生激波;突然關(guān)閉或打開水管閥門、高速撞擊等都能產(chǎn)生激波。水利科學(xué)中的水錘效應(yīng)，就是水的激波效應(yīng)，其急劇增大的瞬間壓力，可以超過正常壓力的幾倍、幾十倍甚至幾百倍;水錘壓力有一套復(fù)雜的計算公式，這里不加以羅列說明。氣體和固體不容易產(chǎn)生激波;氣體波速快（音速），須突破音速才能產(chǎn)生激波，日常生活中最常見的氣體激波有飛行器超音速飛行產(chǎn)生的音爆和炸彈爆炸等;固體激波常見于地震和地下核爆炸等。

（編輯/劉強）