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怎樣射得更遠

怎樣射得更遠是一個好問題,我們這個物種從擁有智慧的那一天起就開始思考這個問題了。

從考古發現看,弓箭最晚在舊石器時代就已經傳遍世界,比如1.4萬年前就已經傳播到北美的克洛維文化製造了大量的打制箭頭。

而安達曼群島人已經在印度洋上的群島上隱居了2萬6前多年的,它們中的某些部落已經忘了怎麼生火,卻依然懂得製作長弓。

單體長弓代表了弓箭的基本形:就是彎曲一根堅韌的木材,拋光後用動植物的纖維繃緊作弦,為了獲得更大的能量,這種弓常常達到一人多高。公元前3500的冰人奧茲(?tzi)就是被這樣的武器殺死,而直到英法百年戰爭,英國人用的長弓仍然是2米高的單根紫杉木。

單體長弓是一種非常粗糙的武器,值得打磨的地方太多了——最直接的,渾圓的截面單側受力不均,容易折斷,如果能把弓臂削扁一些就好了。美洲原住民使用的平弓就是這樣:它們看上去像根扁擔,有效降低了弓前方額外的拉伸和弓後側過量的壓縮,拓展了制弓的材料。

更重要的,既然弓的能量來自彈性勢能,能有多彎就和射得多遠關係密切起來:直身的弓越彎曲,弓弦與弓臂的夾角越小,弓手的力量將更多地用於拉長,而不是掰彎;而在射出時,箭矢也將受到極大的初始加速度,不利於穩定方向。

於是反曲弓出現了——這種弓的弓弰向前彎曲,上緊弦後弓弦與弓弰貼合,已經預存了許多彈性勢能;弓弦即使拉滿也至多與弓弰垂直,弓手大部分能量儲存於彎曲的弓中——這樣的弓就可以做得更短,比如土耳其弓。

如果要把弓進一步縮短,就有將弓臂也向前彎曲,預存更多的勢能的反彎弓。這樣的弓更短,但它們不上弦就會倒著捲起來,韓國角弓甚至能反著捲起來,缺乏武器常識的人拿到這樣的弓很容易把弦裝反,把弓拉斷。

反曲弓和反彎弓受力複雜,單體弓不再能夠滿足不同部位的材料需求,於是用木材、牛角、肌腱和膠等材料製作的複合弓也應運而生了:木材富含纖維素和木質素,兼具剛性和彈性,用作弓的核心,並且在搭弦和握手處用三角截面增加強度;牛角以角蛋白為主,非常耐壓,用在弓的腹側,儲存壓縮產生的勢能,尤其在弓臂處加厚;肌腱以膠原蛋白為主,韌性很強,粘在弓的背側,儲存拉張產生的勢能。

複合弓充分利用材料優勢,大大增強了弓的動能,但是傳統的動物膠很容易在潮濕氣候下鬆懈——所以自古典時代以來,複合弓多出現於亞洲,而陰濕的歐洲仍然偏愛單體弓。

但要射得遠除了弓強還要箭利——既然在空氣中運動,阻力就是最關鍵的因素:太闊的箭頭會增加阻力,太尖的箭頭則會擾亂氣流,要追求射程,理想的箭頭輪廓恰如一個子彈頭——這在中國秦代就已經實現了批量生產。

箭桿通常採用輕軟的木材,這一方面是為了減輕質量,另一方面是為了保證方向:傳統的弓為了強度不能鑽孔,箭從側面搭出實際上遠遠地偏離了目標,但只要箭桿有足夠的彈性,就會在射出後彎曲振動,仍然保持前行。

既然有了彎曲和振動,為了避免箭矢在飛行途中翻滾,箭矢的末端還要加上兩三片箭羽,平衡運動方向;但也有犧牲更多阻力,利用轉動慣量讓箭矢加倍穩定螺旋的箭羽。

總而言之,在這些殫精竭慮的努力下,傳統的長弓初速度可以達到64.3m/s,射程超過300米,而複合弓就更勝一籌,土耳其的複合弓可以射出108.8m/s的初速度,極限射程超過800米。

當然在合金冶煉和高分子材料成熟發展的今天,一切都有了新的局面:現代弓幾乎都是反曲弓,沒有額外設備的裸弓(Barebow)或許還很酷似傳統弓;而滑輪弓(pulley bow)就幾乎讓初次見識的人不敢辨認:滑輪和索綱讓弓體可以使用更加堅硬的材料,蓄積更多的能量,弓弦搭在偏心滑輪上可以節省60%的臂力,中央的弓窗讓箭矢可以沿著瞄準線正中射出,幾乎不會擺動,再配上瞄準器、瞻孔、平衡桿、撒放器等設備,一把弓可以射到驚人的1200米以外。

然而僅就射得遠來說,這還是一個未完的故事。

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