射箭的弦外之音

科技之光

白、黑、藍(lán)、紅、黃，這些五色相間的同心圓便是射箭競技場上的“眾矢之的”。箭靶的直徑為122厘米，稱為“牛眼”的靶心直徑僅12.2厘米。運(yùn)動員要從90米開外射中10環(huán)，相當(dāng)于站在足球場一個球門去射中對面球門里的一只蘋果?；蛘哒f，整個靶子的大小看上去就像眼前的一枚圖釘。要想做到“百步穿楊”、箭無虛發(fā)，的確不是件容易的事。

世界上很難找到一個民族，歷史上從來不使用弓箭。丘比特的“金箭”和“鉛箭”管轄著天上人間的愛情，羅賓漢靠“神箭”劫富濟(jì)貧，后羿則“箭射九日”改造“生態(tài)環(huán)境”，東西方有多少神話與傳說都和弓箭有關(guān)。在“熱兵器”問世前的漫長歲月里，弓箭一直是最具威力的軍事裝備。從狩獵工具到戰(zhàn)爭武器再到體育運(yùn)動，弓箭在人類文明中的角色發(fā)生了根本變化。

1900年巴黎奧運(yùn)會上，射箭已經(jīng)是“老資格”的體育競賽項目，舊式的長弓儀態(tài)優(yōu)雅，并成為女子進(jìn)入現(xiàn)代奧運(yùn)會的先聲(圖1)。由于各主辦國沒有統(tǒng)一的競賽規(guī)則，致使射箭運(yùn)動從1920年安特衛(wèi)普奧運(yùn)會后被取消資格。應(yīng)該深深感謝英吉.布瑞斯女士，在這位唯一的國際單項體育聯(lián)合會女性主席領(lǐng)導(dǎo)下，國際箭聯(lián)經(jīng)過不懈努力，終于使射箭運(yùn)動在1972年重返奧運(yùn)大家庭(圖2)。美國男子隊曾在亞特蘭大奧運(yùn)會上囊括了個人和團(tuán)體冠軍，明星射手麥金尼被譽(yù)為箭壇的“常青樹”；“東方箭霸”韓國的“夢之隊”也在奧運(yùn)會上盡領(lǐng)風(fēng)騷，人稱“射箭機(jī)器”的金水寧一度成為世界女子箭壇的領(lǐng)軍人物。中國姑娘何影和她的伙伴們在2001年第41屆世錦賽上首次贏得了女子團(tuán)體冠軍。

(1) 1900年巴黎奧運(yùn)會女子射箭比賽

(2) 英吉.布瑞斯推動了射箭項目進(jìn)步

在射擊運(yùn)動中，子彈的飛行靠火藥或壓縮氣體推動。射箭的一切力量則完全來自人的體能。今天奧運(yùn)會使用的反曲弓仍是傳統(tǒng)弓箭的“嫡親子孫”，由剛性的弓柄、彈性的上下弓片和堅韌的弓弦連接而成。在運(yùn)動員持弓臂和拉弓臂的作用下，弓弦上的張力使弓片外側(cè)產(chǎn)生拉伸形變，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生壓縮形變，從而帶來弓片的彎曲，將肌肉收縮的力量變成弓的彈性勢能貯存起來，然后突然釋放推動箭的飛行。弓實際上是一個能量轉(zhuǎn)換器，把人的生理能量轉(zhuǎn)化為箭的動能。在弓片彎曲過程中，各截面承受的力矩是不同的，離弓柄越遠(yuǎn)應(yīng)力就越小，這也是反曲弓將弓梢設(shè)計成“反曲”形的原因。

古人已經(jīng)深諳“挽弓當(dāng)挽強(qiáng)”的道理。射箭比賽中男選手開弓的平均力量約50磅，女選手約35磅，一次常規(guī)的世錦賽，需要在4天雙局中搭弓射箭288次，男選手用力累計將近8噸，女選手超過5噸。而一個舉重運(yùn)動員一次比賽不過累計舉起1.5噸?？梢娚浼嵌嗝闯林氐摹傲饣睢?。更加艱巨的是，射箭選手大部分時間處于“引而不發(fā)，躍如也”的狀態(tài)，對弓箭系統(tǒng)的水平支撐力和對身體站立的垂直支撐力構(gòu)成“十字形”用力結(jié)構(gòu)，“端身如干，直臂如枝”，這種高水準(zhǔn)的“靜力平衡”實在非一日之功。

射箭瞄準(zhǔn)之所以比射擊瞄準(zhǔn)難度更大，還由于弓上只有準(zhǔn)星，而沒有“照門”，因此無法像槍支那樣找到現(xiàn)成的“瞄準(zhǔn)基線”(圖3)。假設(shè)我們以靶心為原點(diǎn)作水平方向X軸和豎直方向的Y軸，當(dāng)靶心、準(zhǔn)星、弓弦邊緣和眼睛處于同一條直線時，箭飛行方向的豎直平面應(yīng)該和“弓平面”一致，并與靶上的Y軸重合，使射出的箭向Y軸集中。那么，又該如何確保射出的箭向靶上的X軸靠攏呢？

(3)相比較射箭比射擊瞄準(zhǔn)更難

當(dāng)運(yùn)動員每次拉弓時，都會把扣弦手指放在下頜骨右側(cè)精確的位置上，有些射手在弓弦上安放一個小小的“吻鈕”，通過嘴唇對它“每箭一吻”，讓弓弦“靠”住鼻準(zhǔn)、人中、下巴的中點(diǎn)，這種“靠弦法”確保了從箭尾槽到瞄準(zhǔn)眼之間有一個固定的“靠弦距”，于是瞄準(zhǔn)線通過弓弦的一點(diǎn)便成了弓上的第二個“基準(zhǔn)”。箭射出去的高低上下就便于控制了(圖4)。

（4）吻鈕是裝在弓弦上的一個小塑膠鈕,可以借助吻鈕與嘴唇或牙齒的相對位置來定位

確保用力的直線性是射箭技術(shù)的要領(lǐng)之一。推弓合力點(diǎn)、鉤弦點(diǎn)、拉弓臂肘關(guān)節(jié)中心點(diǎn)應(yīng)該在一條直線上。運(yùn)動員持功時不能用全掌“握弓”而用虎口“推弓”，便是為了盡量確保手和弓之間近似的“點(diǎn)接觸”而不是寬大的“面接觸”。

一個看上去并不起眼的小零件叫做“信號片”，卻稱得起射箭運(yùn)動歷史上具有重大意義的發(fā)明(圖5)。這是弓柄上用來壓住箭桿的一只鋼片，當(dāng)射手拉弓到位時箭頭滑出，鋼片便在回彈中敲擊弓柄發(fā)出清脆“噼啪”聲。信號片能準(zhǔn)確“監(jiān)視”運(yùn)動員每次拉弓深淺不變，確保弓臂保持相同張力，不啻以“聲控操作”捕捉“最佳撒放時間”。射箭運(yùn)動中最講究動作的一致性，每個選手經(jīng)過千錘百煉形成的技術(shù)必須高度固定化、程序化，像機(jī)器一樣準(zhǔn)確無誤和循環(huán)重復(fù)，任何時候都不走樣和變形。

（5）信號片又稱響片

人們常用“離弦之箭”形容速度之快。反曲弓射出的箭初速度約每小時240公里，超過了“子彈頭列車”。箭的速度取決于弓的力量和效率，箭的形狀、重量和表面積。用不同方式粘成的箭羽能使箭繞縱軸旋轉(zhuǎn)并確保飛行穩(wěn)定。作為長度和直徑比很大的飛行體，來自弓弦的加速度會使箭桿產(chǎn)生柔性彎曲和彈性震動，降低飛行穩(wěn)定性。不過和射擊相比，箭的“行動”就太遲緩了，速度只是子彈的十分之一，需要大約1秒鐘才能達(dá)到70米開外的射程。如果初速度方向正對靶心作“平拋運(yùn)動”，由于地球的引力作用，箭到達(dá)靶位時會下落將近5米。因此射箭必須有一個“仰角”，讓箭作“斜拋運(yùn)動”，使“彈道”成為一個拱起的拋物線。難怪箭靶的放置都和地面垂直方向成15度角，以“仰視”的姿態(tài)去面對“萬箭穿心”了。順便一提，當(dāng)今箭靶將盤卷的草繩縫合起來再蒙上靶紙，用的還是當(dāng)年諸葛亮“草船借箭”的材料(圖6)。

（6）箭靶和垂直方向成15度角

作為高效率的“能量轉(zhuǎn)換器”，弓能夠把70%至80%的彈性勢能轉(zhuǎn)化為箭的動能，“剩余”的能量則變成弓的阻尼震動。根據(jù)科學(xué)史專家研究，人類早期弦樂器的出現(xiàn)就是受了弓弦震動能發(fā)出聲音的啟示。至于彈棉花的弓就更一望而知是“其來有自”了。安裝在反曲弓上一些錯雜的棍棒叫做“減震器”，就是為了增加弓的靜止慣性和轉(zhuǎn)動慣量，從而減少撒放時弓體的位移和震動。并且達(dá)到“配重”效果，讓弓箭系統(tǒng)的質(zhì)量中心更靠近推弓點(diǎn)以保持平衡。

1995年在雅加達(dá)舉行的第38屆射箭世錦賽上，歷盡艱辛坎坷的復(fù)合弓終于被國際箭聯(lián)批準(zhǔn)為正式比賽項目。這是1969年由美國人艾倫發(fā)明的真正意義上的“現(xiàn)代弓”，它的“創(chuàng)新”之處卻恰恰是把人類兩項最“古老”的發(fā)明輪子和弓箭結(jié)合到了一起。復(fù)合弓在上下弓片末端安裝了偏心輪，利用動滑輪的杠桿原理，使開弓力量達(dá)到最大值后，隨著拉距增加反而變得越來越“省勁”，滿弓時用力可減輕70%。這不僅使運(yùn)動員能在更輕松舒適的狀態(tài)下持弓瞄準(zhǔn)，也使女子可以跨越體力的鴻溝，和男子一樣使用“硬弓”(圖７)。

（7）復(fù)合弓

比較一下反曲弓的張力曲線，由于和拉距的增加成正比，撒放時弓弦作用于箭的力量是突然的和遞減的。而復(fù)合弓對箭的加速力量則從小到大，漸次趨向峰值，有效工作距離也相應(yīng)延長，因而能使箭的離弦速度更快，飛行彈道更平直。此外，復(fù)合弓不再用三個手指勾弦撒放而是“扣動扳機(jī)”讓“撒放器”代勞，光學(xué)瞄準(zhǔn)器和氣泡水平儀的使用更極大提高了箭射出的精度(圖8)。復(fù)合弓處處凝結(jié)著科學(xué)的智慧，近年來迅速風(fēng)靡全球，銷售額已經(jīng)占據(jù)世界弓箭市場的90%以上，成為弓箭家族最興旺的“主流”。盡管奧運(yùn)會至今仍沒有接納復(fù)合弓為正式比賽項目，但2008年在北京舉行的第13屆殘奧會已經(jīng)向復(fù)合弓首次亮起了綠燈(圖9)。

（8）通過撒放器的鉤、拉、按等不同的撒放方式,瞬間釋放,將箭射出,對目標(biāo)進(jìn)行打擊

（9）反曲弓與復(fù)合弓拉力曲線比較

更多形形色色的射箭比賽每年都在全球各地蓬勃開展，射遠(yuǎn)比賽每組射6支箭以最佳成績?yōu)闇?zhǔn)，手持弓的世界紀(jì)錄達(dá)到1220米；地靶比賽以地面上豎起的標(biāo)桿為圓心畫出15米直徑的大靶，選手們從百米開外射出36箭決定勝負(fù)。騎馬射箭仍是不少民族喜愛的傳統(tǒng)競賽項目，滑雪射箭正式進(jìn)入冬奧會則已成定局，在爭榮并茂的現(xiàn)代體育之林中，射箭運(yùn)動旺盛的生命力正與日俱增。

從古老作坊的能工巧匠到現(xiàn)代企業(yè)的高科技設(shè)備，從竹片、牛角、木桿到鋁合金、玻璃鋼和碳纖維，人類幾千年來一直沒有停止過制造弓箭。我們也許不免陷入對往昔的懷舊和對文明的追尋。弓箭來自我們原始的祖先，并將傳給遙遠(yuǎn)的子孫。