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作為一名科普作者,也是一個武術粉,本文的目的是通過武術技法講述物理知識。物理概念有很多,這裡僅就慣性這個物理概念與大家進行一下武學上的探討。
一、平動慣性對武術的影響
大家真正開始接觸物理學應該從牛頓第一定律開始,這個定律告訴我們,當一個物體不受外力,或者是所受外力的合力為零時,物體將保持靜止或者勻速直線運動。這個定律告訴我們這樣一個事實:即物體有一種抵抗運動狀態的屬性,這種屬性叫做慣性。慣性的度量叫做質量,國際單位為千克。換句話說就是,質量越大想動起來越難,想改變運動狀態越難。
平動慣性對武術的影響主要有:
第一,如果一個人的體重大,就是質量大,那麼這個人的移動速度就慢。這一點在拳擊比賽中非常明顯,小級別的比賽中,雙方你來我往,令人眼花繚亂,而大級別比賽,基本上是拳拳到肉,很難見到非常漂亮的閃避和快速的組合拳。在拳擊比賽中,尤其是大級別的比賽中,我們常常會看到,攻擊方的重拳出擊後,基本上沒有中途跟著對手的動作變線的,而躲閃一方,明明看到對方拳頭過來了,也幾乎很少能閃避開,都是硬抗。這就是因為質量大,改變動作很難。
第二、胸口碎大石是假的,只是對物體慣性利用的一種技巧。在所有的胸口碎大石的表演中,石頭的質量都是要超過大錘質量的好幾倍,當錘子擊打在石頭上的時候,石頭由於質量很大,能在瞬間產生的移動很小,因此實際作用在人體上的力並不大。石頭越重,人體受到的衝擊反而越小。
第三、箭矢和暗器都是依靠慣性飛行。箭矢和暗器是古代的遠程兵器,它們能夠在空中划過一段距離,打擊到用拳腳碰觸不到的敵人。箭矢和暗器在空中的飛行是依靠慣性的原理。但箭矢最終速度會慢下來,是因為空氣有阻力。
二、轉動慣性對武術的影響
物體除了具有平動慣性之外,同時還擁有轉動慣性,在物理學上,用轉動慣量來度量轉動慣性的大小,是迴轉物體保持其勻速圓周運動或靜止的特性的量度。在經典力學中,轉動慣量又稱質量慣性矩,簡稱慣矩,通常以I 或J表示,國際單位為 kg·m。對於一個質點,I = mr,其中 m 是其質量,r 是質點和轉軸的垂直距離。
轉動慣性要比平動慣性對武術技法的影響更大,這是因為,同樣一個物體,其轉動慣性的大小,與質量及其到轉動軸的距離的平方成正比。很多武術動作都強調對轉動的利用,比如,直拳,前手直拳和後手直拳都強調力發於腿,旋胯轉腰,帶動手臂衝拳,其中後手直拳由於身體旋轉的角度大,所以力度要比前手拳大,通常都作為擊倒對手的重拳。
對於同一個格鬥運動員來說,擺拳的力量會比直拳力量更大,踢腿也是如此。擂臺上,除了一些為了保持距離或者阻止對手的時候,選手會用弾踢,作為打擊腿法,一般鞭腿用得多,這也是因為鞭腿是利用轉動慣性帶來的打擊,力量要比弾踢大很多倍,是更有效的格鬥手段,其中高鞭腿是擂臺上最常見的KO技法。雖然低鞭腿不會帶來KO,但也有很多選手中了太多的低鞭腿之後,失去繼續格鬥的能力,鞭腿利用旋轉打擊的力度可見一斑。
在當今的武術界也有很多利用轉動慣性的表演,最典型的就是單手開磚、後背斷棍。先說單手開磚,前幾天網上流傳出一個視頻,一個物理老師在課堂上為同學們做了這個表演。這個老師沒有練過什麼功夫,他利用的就是轉動慣性。注意所有表演這個功夫的都有一個共同特點,即磚塊的一端要伸出桌面一半,在打擊的瞬間,磚要被翹起來與桌面之間形成一個角度。擊打使得磚獲得了一個旋轉的運動,然後撞擊在桌子的邊緣處,依靠自身的轉動慣性使得磚塊折斷。
另一個典型案例就是後背或者是手臂斷棍。這種表演都有一個共同特點,高速掄下來的棍子打在人身上的時候,著力點都是在棍子的中央部位,而不是運動速度最快的棍稍。當後背阻止了棍子的運動之後,棍稍在轉動慣量的作用下,以著力點為圓心開始做轉動,結果就是使棍子折斷。
三、慣性對武術技法的影響
格鬥動作都是很複雜的,很多動作的影響都是同時受到平動慣性和轉動慣性的共同影響。這裡不得不說,老祖宗說的「不招不架,就是一下」其實是對絕招的最精妙表述,因為只有在這種情況下,才能最大發揮人體的運動特點,符合物理學的規律,做到動作速度最快,打擊力最大。
儘管如此,也有很多假大師,比如雷雷、馬保國之流。尤其是馬保國,擂臺上非但一招接化發都沒用出來,反而在幾十秒內就被對手KO當場。這是因為人體具有慣性,連續改變動作,不僅對人自身的神經系統要求很高,更需要非常大的力量來做到這些動作。在電光火石的格鬥過程中,改變運動狀態需要消耗更多的時間,這意味著,動作沒做完,對手的直拳已經打在自己的身上了。這一點,在視頻中,看得很清楚。
結束語
慣性是有質量的物體所具有的基本屬性,不論是平動慣性還是轉動慣性,都是物體保持原有運動狀態的本領。武術作為格鬥的技巧,只有符合最基本的物理學原理,才能最大程度地發揮作用,反之,違背物理學原理,非但不能在擂臺上勝出,反而會成為大家的笑柄。