「接化發」過程中的能量轉換原理

近來常聽到「接化發」這個詞，初聞之，以為是發麵做饅頭的要領，本著新時代居家好男人的覺悟，欲學習一二，於是點開了視頻（此處省略若干字）……我非習武之人，其中武學精髓不敢妄言，但是研究了這麼多年理工，我深信這個世界上除了妹子這種生物和追妹子這件事情以外，其它萬事萬物皆可用物理規律來解釋。「接化發」亦然，這種馳騁江湖數十載的絕世武功，在物理學大廈裡，大概只能佔到近代物理初級教科書上的半頁紙篇幅。「接化發」問題，用物理語言來描述，大概可以將其簡化為「衝擊載荷下的能量轉化問題」。為此，我們首先對「接」、「化」、「發」這三個過程做如下的物理學定義：化：高速衝擊物體的動能逐漸轉化為受力物體的彈性勢能；

上面（1）-（5）就是一個完整的「接化發」過程，下面藍色文字對這個過程進行了細節描述，若讀者不願深究，可以直接跳過。

假設有一個自由落體的重物，落到了一個彈簧上，接觸的一瞬間我們稱之為「接」，其要義在於判斷重物運動方向，預判並找準著力點，如圖（1）。接觸彈簧後，重物繼續向下，彈簧被壓縮，進而產生彈力F。此時，重物受到的合力等於重力G減去彈力F。隨著彈力F逐漸增大，合力逐漸減小，故其加速度逐漸減小。但只要加速度不為零，速度仍然是增加的，只是增加得越來越慢了。這個過程一直持續到彈力F恰好等於重力G，此時合力為0，加速度為0，物體的速度達到最大值，如圖（2）。隨著重物繼續向下，彈簧壓縮得更厲害，產生的彈力F超過了重力G，此時合力就向上了，加速度隨即反方向向上，此時物體開始減速，直至速度減為0，此時彈簧彈力最大，向上的合力最大，向上的加速度達到最大，如圖（3）。至此，重物的衝擊作用完全「化解」了。但這個時候，合力和加速度都是向上的，所以物體開始向上運動，也就是被「反彈」，直至彈力和重力再次達到平衡，向上的速度達到最大，如圖（4）。繼續往上運動，物體最終脫離彈簧，被反方向彈了回去，如圖（5）。從（3）到（5）這個過程，我們稱之為「發」。從能量的角度來解釋，這個過程其實很簡單，「化」的過程，其實是重物的動能轉化為彈簧的彈性勢能，「發」的過程，其實是彈簧的彈性勢能再轉換為動能的過程。玄幻地說，就是傳說中的「借力打力」，「以其人之道還治其人之身」。

現實生活中，「接化發」最頻繁的地方，大概不是武林，而是球場，籃球足球排球各種球莫不如此。在球體反彈的過程中，球體內部的高壓空氣起到了和彈簧類似的作用。

（視頻來源於網絡）

而對工程技術而言，其實研究得更普遍的只是「接化」的問題，我們概括為抗衝擊吸能問題，這個問題和「接化發」最大的區別就是，我們不希望「發」，而是希望衝擊載荷直接「化」掉完事。比如說飛機著陸時，起落架承受了巨大衝擊能量，我們只希望將這個能量「化」掉——如果再「發」一下，乘客和飛行員的心臟大概受不了。‍

再比如說，汽車的結構，在遭受正面碰撞時，並不是車頭越完好車的安全性就越高。如果車頭又硬又剛，撞車後沒有緩衝，衝擊直接傳到人體——人掛了，車再完好有什麼用呢？所以，好的車頭是該撞癟的時候一定要撞癟，只有撞變形了才能吸收「化解」衝擊能量，工程師所尋求的最優設計，就是讓車頭儘可能的「癟」，但同時優化傳力路徑，儘可能保證駕駛室的生存空間。

（視頻來源於網絡）

此外，車頭將衝擊「化」了之後，我們也不希望它再「發」一下，這樣會造成二次傷害。

那麼「發」和「不發」的區別在哪呢？讓我們再回到最開始的彈簧問題，如果我們的彈簧直接讓重物衝壞了，恢復不了了，那麼它也就發不了了。用力學術語來解釋，就是產生了不可逆的非線性變形，產生了耗散能。這個耗散能是什麼呢？我們可以形象地理解為「摩擦生熱」——假如你不怕疼，以百米衝刺的速度衝擊一下你的辦公桌，你大概可以把辦公桌向前衝擊一小段距離，你的動能跑哪裡去了？轉化為辦公桌和地面摩擦產生的熱量了。熱量散失到環境中是是不可逆的，所以桌子也不會再回到原地。飛機起落架之所以「不發」，是因為它採用了油氣減震器，大概原理是油受到劇烈壓縮後急速通過小孔，這個過程「摩擦」產生了巨大熱量，衝擊的動能轉換為了耗散能。汽車撞癟後之所以「不發」，是因為其金屬材料產生了我們說的不可逆的非線性變形，我們可以理解為材料內部原子發生了和「摩擦生熱」一樣的過程——同樣將動能轉化為了耗散能，這樣人體受到的衝擊就大大減輕，才有可能存活下來。

顯然，和航空、汽車等技術密集型產業比起來，武學還是技高一籌、更進一步，因為這裡「發」是必不可少的一環。既然要「發」，就要求我們的彈簧「撞不壞」。以手臂為例，其承力主要由「骨骼+肌肉」系統完成，骨骼我們可以近似為剛性的，所以「接化發」主要靠肌肉完成。如果我們把肌肉近似為彈簧，那麼「接化發」的能力主要取決於兩個因素：行程長短和力的大小。為了說得更明確，我們還是藉助一張圖來說明：

如上圖所示，彈簧受拉伸後，在其彈性範圍內（也就是說沒拉壞以前），其彈力和行程成正比，這就是著名的胡克定律。而力和行程圍成的面積，就是存儲到彈簧裡的彈性勢能。顯然：顯然，對人體而言，一個砂鍋大的拳頭砸過來，我們「接化發」的行程受到了人體身高、臂展等尺寸的限制，不可能無限增加，所以必須增加肌肉的發力。

所以，「接化發」這種絕世武功是合理的、是可以用物理原理解釋的。但問題在於，不是所有的人都能「接化發」。

（圖片來源於網絡）

顯然，不論是皮包骨頭的仙風道骨，還是肥頭大耳的名派掌門，不論其說得多玄乎、多可怕，不論其練就了一身內力原力還是什麼洪荒之力，不論其招式多飄逸多嚇人，他們並不具備「接化發」的必要條件——足夠強的肌肉。當然，對於後者而言，由於脂肪具有良好的緩衝減震效果，「接化」功能尚可——通俗地說，就是抗揍。所以，在適用物理規律的客觀世界裡，武林高手並不難判斷。然而，或者由於無知的被動，或者由於利益驅使下的主動，在二十一世紀已經過去二十年的今天，在經典力學建立已經超過三百年、相對論發表已經超過一百年的今天，這個世界依然存在有太多物理規律照不進去的窪地。只有在這些科學的荒漠裡，才會大師輩出、門派林立、高手如雲、擁躉甚眾。在物理規律起作用的世界裡，要成為高手並不難，要麼學習知識，要麼強身健體，如果二者兼而有之，則堪稱文武雙全的跨界大師了。

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