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[其他] 弓的能量转化过程——呼唤物理达人、科学控

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  • TA的每日心情
    开心
    2016-3-6 10:27
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

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    楼主
    发表于 2012-6-17 17:56:58 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    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





           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。


  • TA的每日心情
    擦汗
    2016-1-14 09:42
  • 签到天数: 4 天

    [LV.2]筑基

    沙发
    发表于 2012-6-17 20:10:18 | 只看该作者
    很……很暴力的内容!
  • TA的每日心情
    奋斗
    2016-4-28 02:41
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    板凳
    发表于 2012-6-17 20:45:05 | 只看该作者
    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
  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-2-8 01:13
  • 签到天数: 171 天

    [LV.7]分神

    地板
    发表于 2012-6-17 21:35:47 | 只看该作者
    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。


  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-2-8 01:13
  • 签到天数: 171 天

    [LV.7]分神

    5#
    发表于 2012-6-17 22:29:54 | 只看该作者
    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。

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    点评

    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。。  发表于 2012-6-18 10:49
  • TA的每日心情
    开心
    2016-3-6 10:27
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    6#
     楼主| 发表于 2012-6-17 23:50:48 | 只看该作者
    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
    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
  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-2-8 01:13
  • 签到天数: 171 天

    [LV.7]分神

    7#
    发表于 2012-6-18 11:23:01 | 只看该作者
    @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
  • TA的每日心情
    开心
    2015-11-24 14:05
  • 签到天数: 2 天

    [LV.1]炼气

    8#
    发表于 2012-6-22 19:35:04 | 只看该作者
    最后一张图是亮点

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