對于武術中物理原理的探究

（廣州市西關外國語學校，廣東廣州 510175）

0.引言

武術脫胎于原始社會的自然格斗技巧，在實踐中通常用于制敵自衛(wèi)，也可強身健體。近年來，在一系列知名動作電影的宣傳與帶動下，武術更是走出國門走向世界，為全世界人民所喜愛。武術根據各自技巧(套路)的不同可以分為諸多流派，如：詠春、洪拳、形意拳、太極和長拳等，不同流派武術“克敵”的方式與效果各異，從物理學角度來講，可以抽象為力的作用效果不同。對武術的科學研究已見一些文獻報道，李振興對散打運動中摔法的力學原理進行了分析[1]，借助力矩這一物理工具研究了不同摔法技巧對散打效果的影響機理，為完善散打摔法技巧提供了科學指導。賈永安對八卦掌技擊技巧中所涉及的物理學基本原理進行了研究[2]，指出八卦掌中的整力過程本質上為多個力的合成。李佳叢,肖文霞等從生物力學的角度對武術運動的科學化研究進展做了綜述[3]，從定量和定性兩個維度對競技武術中的技術動作進行了嚴謹分析，為武術運動的科學化研究提供了思路。高匯源通過力偶原理、杠桿原理等力學原理揭示了武術運動中力量的來源[4]，指出肌群收縮及其方向能夠有效轉化為武術力量的物理途徑，對于科學提升武術運動水平具有一定的指導意義。董赫男從物理力學的平衡原理、發(fā)力原理以及動量定理出發(fā)[5]，詳細剖析了生物力學原理在武術技巧中的應用，明確了力學原理與武術實踐之間的重要聯(lián)系，其結論可進行實踐化推廣應用。劉文霞以武術運動為背景[6]，探討了武術運動中所蘊含的基本力學原理，從而賦予了武術這一優(yōu)秀傳統(tǒng)文化獨特的科技魅力，使讀者將理論與武術實踐結合起來，通過理論指導實踐，在實踐中探索和提升理論。

本文借助物理力學相關概念，通過理論分析與實驗相結合對武術中常見動作：攤手、膀手、寸勁的形成機理進行了科學剖析，從而為以武術重要組成部分的中國傳統(tǒng)文化的傳承與傳播盡自己的一份綿薄之力。

1.不同武術動作效果的形成機理

武術的動作效果作為武術運動最直觀的展示往往受到諸多因素(變量)的影響，以下分別就常見的武術動作：攤手、膀手、寸勁動作要領中所蘊藏的物理機理進行科學分析：

1.1 攤手

攤手是武術中的常見動作，具體是指：手心向上，向外旋轉，保持手肘部距離有中線一拳的距離，沿著對手前方小臂的表面旋轉。攤手作為詠春中著名招式之一，其動作優(yōu)勢在于順應對手攻擊而出招，使用頻率非常高，殺傷力也可見一斑。攤手作用效果的形成機理本質上可借助力學中動量與沖量概念進行解釋與分析。由于攤手沿著對手前方小臂表面旋轉而出，因此對方沖拳時作用時間較短，假設對方沖拳時的力為恒力F，則由沖量定義：

由式(1)可知，力(拳)作用的時間越短，沖量越小。由于沖拳時初速度為零，因此沖拳時初動量為零，動量改變量越小，故而末動量越小，作用在物體上的效果越微弱。設攤手方為A，沖拳方為B，如果將雙方的手看作剛體，此時B手除了具有一開始的初速度以及身體內部肌肉舒張使拳頭向前運動的力以外，則在A、B兩手接觸瞬間，A手會給予B手一個向外的作用力，那么A手給予的這個力在一定程度上會改變B手的運動狀態(tài)，使B手向外偏離。雙發(fā)接觸瞬間考慮到A與B組成的系統(tǒng)不受外力矩的作用，根據角動量守恒定律：B手角動量將有一部分轉移至A，這個角動量最終通過攤手方A的后續(xù)動作所耗散。

1.2 膀手

榜手的動作要領具體為：肘部發(fā)力，略微向上呈拱形，同時以指尖帶動小臂旋轉，要求手肘要比手腕略高。這一點可用力的合成運算—平行四邊形法則進行分析，如圖1所示。

圖1 膀手作用力的圖示

如圖1所示：如果手肘比手腕略高，前臂與水平方向存在一定夾角，對方沖拳過來，不可避免地會給予榜手練習者一個豎直向下的壓力，根據平行四邊形定則，這個壓力F可以被分解為水平方向手的力Fx，以及豎直方向的力Fy，達到卸力效果的是Fx，由圖1可知，F(xiàn)x=F×sinα，故而當α=0時Fx有最小值。

1.3 寸勁

寸勁是指在近距離攻擊對手，動作完成時瞬間突然加速收縮肌肉而發(fā)出短促、剛脆的爆發(fā)力量，具有較大的“殺傷力”，寸勁與對方身體的接觸實質上可抽象為物理非彈性碰撞的過程。

設施力者拳頭的質量為m1,擊打到對方前的瞬時速度為v10,擊打到對方后瞬時速度變?yōu)関1；設對方質量為m2，被擊打前一刻具有瞬時速度為v20，被擊打后瞬時速度變?yōu)関2。以v10的方向為正方向，則根據動量守恒定律可知：

我才剛剛蹲下去，他就要我出去，衛(wèi)生間的門被他踢得亂抖起來，我只好提起褲子，系好皮帶，打開衛(wèi)生間的門，林孟看到是我，一下子愣住了，我說：“林孟，我還沒完呢，你把門踢得這么響，屎剛要出來，被你這么一踢，又回去了。”

考慮非彈性碰撞，引入恢復系數(shù)e，用于描述被研究對象的材質關系，根據e的定義有：

聯(lián)立可得：

此時，由公式(1)可以估算得出拳和身體碰撞時的平均相互作用力為：

由式(6)可知，在質量一定的情況下，當Δt越小或速度的變化量越大時，相互作用力越大。

2.實驗方案設計

為對所研究的武術動作：攤手、膀手、寸勁的實際作用效果進行驗證。本文通過等效替代法采用橡皮泥作為受力物體，通過觀察橡皮泥受力時所發(fā)生形變的大小反映力的作用效果。

2.1 實驗器材與步驟

為反映力的作用效果，本文采用橡皮泥作為受力物體，以刻度尺測量橡皮泥形變程度，墻靶作為緩沖以保護手部。實驗器材如圖2所示。

圖2 實驗器材選擇

實驗步驟如下：

（1）將橡皮泥捏成長方塊，背面沾水，貼在墻靶上。

（3）在橡皮泥上用刻度尺標記出將要擊打的預定位置（P點），方便后期測量偏移距離。

（4）實驗者A站在墻靶側前方，背對墻靶；實驗者B面向墻靶出直拳，同時A出攤手。記錄B落拳位置與P點的水平偏移距離及橡皮泥的形變程度。重復上述過程5次。

（5）實驗者A站在墻靶側前方，背對墻靶；實驗者B面向墻靶打出直拳，同時A以膀手應對。剩下步驟與第4步后續(xù)相同。

（6）改變膀手角度，重復步驟5多次。

（7）減小實驗者與墻靶之間的距離，出拳多次，分別記錄橡皮泥的凹陷程度，取平均值。

（8）使用寸勁的技巧，利用腰胯的力量再次進行對墻靶的多次打擊，并分別將橡皮泥的形變程度依次記錄，取平均值。

（9）整理器材，分析數(shù)據。

2.2 實驗數(shù)據記錄及分析

在表1數(shù)據中，編號從1.1到1.5的數(shù)據代表了直拳對橡皮泥作用效果的影響；而2.1到2.5則是直拳被攤手干擾后對橡皮泥的影響；3.1到3.5則是表示了直拳受到膀手干擾后的對橡皮泥的影響；4.1到4.5則是表示寸勁對橡皮泥的影響。而“偏轉”則表示實際落拳位置與原來落拳位置在水平方向的差值。通過分析以上數(shù)據，可以得出以下結論：

表1 橡皮泥形變(凹陷+偏移)實測數(shù)據

（1）攤手，膀手等武術中常見的動作在卸力方面效果十分明顯，可以有效減少對方力量對自己的傷害。

（2）寸勁沖拳時加上轉腰力量更大，能夠達到更好的殺傷效果。

3.結論

武術作為一種傳承千年的格斗技巧，其中所蘊藏的奧妙耐人尋味。本文結合受力分析、動量、沖量等物理學工具，對武術中常見的攤手、膀手、寸拳等技術動作進行了科學化分析研究，并以等效替代的方法通過將橡皮泥作為受力物體對這三種技術動作的實際力學效果進行了實驗探究，結果表明：武術的動作并非缺乏科學依據的無稽之談，而是不論從理論還是實踐都有著深刻的物理學原理，其中攤手和膀手通過力的分解使其在卸力方面效果十分明顯，可以有效減少對方力量對自己的傷害，而通過將寸勁沖拳簡化為碰撞模型可對其作用效果做出科學解釋，實驗顯示寸勁沖拳時加上轉腰力量更大，能夠達到更好的殺傷效果。