弓的能量转化过程——呼唤物理达人、科学控
本帖最后由 gordon 于 2012-6-17 19:29 编辑三弓床弩和反转弯曲复合弓的物理原理
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开弓时,做功全部转换为势能储存在弓身里,弓弦释放时,如果忽略摩擦阻力,则这些势能全部转换为箭、弓身的两梢和弦的动能,而后两者毫无用处,当然要尽量减小。
因此,要提高效率,最直接、关键的方法是:用比较重的箭,用尽可能轻的弓和弦,特别是弓的两梢,运动速度快,尤其需要轻巧。这样就有很明确的结论:重的弓身,不能用很轻的箭,否则效率太低;轻的弓身,选择范围就比较大,可以综合射程、穿透力等因素考虑。
用重箭,效率提高,但箭的速度和射程就要有损失。用60g以上的重箭,则所有的实际使用的弓(拉力太大的弩除外),效率都比较高,相互差别就不明显了。
弓弦质量改进空间不大,而箭的质量是穿甲的关键,不适合修改,所以一张弓好坏的关键就在弓背上了。
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什么是好的制弓材料?
一句话,就是单位质量或者说相同质量下的材料谁储存的势能大,谁就是好材料。
好,我们定义这么一个概念,储能密度,就是单位质量的材料能够储存的最大势能。它和强度的平方成正比,和弹性模量成反比,和材料密度也成反比。
用老百姓的话讲,就是考察 这个东西能承受的多大的力不折断,弹性越好(刚性越强就越不好)、比重越轻的材料,就是好材料。
几种常见的制弓材料的储能密度(单位Nm/kg)
钢(强度650MPa) 130
紫杉(最好的制弓木材) 700(或1100,不同的出处)
牛筋 2500
牛角 1500
传统的筋角复合材料 ~2000
玻璃纤维 4300
估计很多人会大跌眼镜,钢怎么这么差?这还是很不错的钢啊!但确实就是这样,因为刚性大,密度大,所以很差,仅仅强度大没用。因此,忘记所谓的铁胎弓吧。西方曾经出现的钢弩,拉力巨大,但性能不突出,原因就在于此,弩弓太重了。
结论很明确,在冷兵器时代,筋角复合反曲弓是最先进的技术平台,可以获得很好的性能。
传说中很黄很暴力的三弓床弩
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三弓床弩,又称“八牛弩”,箭矢以坚硬的木头为箭杆,以铁片为翎,世称“一枪三剑箭”,床弩也可发射“踏橛箭”,发射的时候蔚为壮观,箭支犹如标枪,近距离发射可以直接钉入到城墙里面,齐射的时候,成排成行的踏橛箭牢牢地钉入城墙,攻城兵士可以藉此攀缘而上。
不过这东西不能大规模生产,太大,操作也麻烦,运输也不便。实际用处还是比较鸡肋,仅仅攻城和守城用用。
http://attachments.aswetalk.org/album/201206/17/1917326rg1qh7h7qrmuu7z.bmp {:221:}很……很暴力的内容! 马克西姆 发表于 2012-6-17 20:10 static/image/common/back.gif
很……很暴力的内容!
{:187:}是啊是啊床弩算是冷兵器时代的重型装备了 本帖最后由 不爱吱声 于 2012-6-17 08:24 编辑
钢的主要问题在于屈服应变太小,很快进入塑性变形,因此无法用于弓弦。
弓弦要使用超弹性材料才好,可以承受大变形仍然是弹性。
本帖最后由 不爱吱声 于 2012-6-17 08:34 编辑
特意给你画了张图,说明钢和超弹性材料的储存的弹性能的比较。图中,弹性能就是应力沿应变在弹性范围内的积分,也就是相应弹性范围内应力应变曲线下覆盖的面积。
可以看到,尽管钢的屈服极限强度远高于超弹性材料,但钢的屈服应变太低了(一般仅为0.2%左右),相比较超弹性材料可以保持弹性应变100%以上,这样,他们存储弹性应变能的能力显然超弹性材料远远高于钢。
其实,弓的设计与质量关系不大,箭的设计与质量关系极大。 本帖最后由 gordon 于 2012-6-17 23:53 编辑
不爱吱声 发表于 2012-6-17 22:29 static/image/common/back.gif
特意给你画了张图,说明钢和超弹性材料的储存的弹性能的比较。图中,弹性能就是应力沿应变在弹性范围内的 ...
把三弓床弩的原理解释清楚了,呵呵 @包子
弓的设计与质量关系不大,不同意这点。弓要是沉了,举起都费劲,更别提瞄准了。。
这个确实是我没说清楚,因为我是为了回答为什么选择牛筋而不是钢筋做弓弦的,因此最后那句话特指弓弦.我的意思其实是弓弦即便采用不同的材料,因为体积小,总质量差别也不大,因此质量不重要 最后一张图是亮点
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