反曲弓与直拉弓性能之争?如何用小学二年级的知识分析弓箭结构性能?

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反曲弓与直拉弓性能之争?如何用小学二年级的知识分析弓箭结构性能?

2024-07-17 21:04:04| 来源: 网络整理| 查看: 265

       由于某些众所周知的原因,目前反曲弓和直拉弓的性能究竟孰优孰劣存在着“广泛”的争议。众所周知,反曲弓和直拉弓其主要差别在于弓臂内预应力存量,反曲弓由于其上弦前后弯曲方向完全相反所以具有很高的内置预应力,本专栏不分析具体弓性能好坏,只分析预应力对于弓箭性能的影响。

       首先是从力学角度上,分析高预应力弓(反曲弓)和低预应力弓(直拉弓)性能,简要论述如下。

    模型简化假设如下:

    1,假设弓臂均在弹性极限内

    2,仅考虑箭矢出弦速度作为评判标准。

    3,所假设两种弓有且仅有预应力水平不同

    首先,反曲弓和直拉弓相比,由于反曲弓弓臂本身做预应力处理,在弹性极限内加拉力起点更高,根据广义胡克定律即:弹性极限内,物体在被施加力的时候产生的弹性形变量和所受外力成正比。在这种情况下,由于反曲弓内应力值比较高,所以在弓臂回缩过程中弓弦上产生的瞬时张力就更大。此刻得出第一个结论“高预应力弓弓弦提供的张拉内力水平更高”

    而众所周知,在相同介质中,机械波的传递速度固定。且弓臂产生的能量传递到箭矢上需要依赖弓弦的机械振动,又由于弓有且只有预应力水平不同,因此可近似认为箭矢加速时间恒定。

    此时,根据“小学二年级”所学的冲量定理,对同等重量的箭矢,作用时间相同分配到箭矢的合力越大,初速度就越大。即为高预应力弓(反曲弓)相较低预应力弓(直拉弓)性能优异。

    接下来是基于用户“奔向伯克的鹰击83”所提出的能量守恒观点所进行的进一步论证:

    讨论反曲弓和直拉弓性能必须明确一点:弓臂储能并非完全作用于箭矢

    对于上述观点,论述如下:

    只要是玩弓,不论是否在某郎所定义的“弓圈”内都有一个共识,就是“弓不可空放”最主要的原因就是如果弓空放,弓弦会把弓臂储存的能量全部作用在弓臂上,会对弓臂造成不可逆损伤。

    换个思路讲,假设弓没有人握持,虚空开弓射击,从拉满弓到射箭这个过程据动量守恒能量守恒,弓必然会反方向运动以保持动量守恒,此过程中产生一定程度的动能来自于拉满弓所积累的势能。由于射手和弓箭并非绝对刚体,所以这部分能量必然要有弓传递给射手。

    涉及到能量守恒再把弓臂假设成刚体是非常蠢的(不针对任何人,只针对分析思路)如果硬要列能量方程,就必须要考虑放箭后弓臂和弓弦消耗的能量。

    在真空中,弓臂和弓弦消耗的能量会转化为动能。在空气中,并且有人握持情况下,动能会通过机械波的形式通过一系列传递途径由射手承担,途中在空气中震动消耗掉一部分。

    此时应当定性分析弓臂消耗的能量和弓弦震动消耗的能量,这就涉及在高预应力情况下,材料的振动特性产生的变化。根据“小学二年级”所学的材料力学中的微元法,对弓臂做出如下假设显而易见:

对弓臂取结构材料微元,主应力方向为预应力方向,切应力方向为机械波方向。取射手手端为固定端。

对于弓梢而言,其所受到机械波振幅最大,所有材料微元沿着弓臂向手端振幅逐渐减少。对于每个材料微元均有:主应力越大,在切应力变化时产生的回正效应越大,振幅就越小。振幅减小带来的最直观影响就是沿着弓臂振幅逐渐降低,传递到射手手部的最终能量就越低。

综上所述,高预应力状态下的弓做的额外功,即由射手吸收的能量更低,根据能量守恒定理,取人弓箭三者为独立系统,拉弓射箭过程中系统能量守恒,高预应力状态下弓分配到箭矢的能量更高。



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