弓的能量转化过程——呼唤物理达人、科学控

gordon

三弓床弩和反转弯曲复合弓的物理原理

       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。

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

　　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。

马克西姆

很……很暴力的内容！

bayer

马克西姆 发表于 2012-6-17 20:10

很……很暴力的内容！

是啊是啊  床弩算是冷兵器时代的重型装备了

不爱吱声

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。

不爱吱声

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。

gordon

不爱吱声 发表于 2012-6-17 22:29

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

不爱吱声

@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

光头佬

最后一张图是亮点