物理学定律与太极推手(一)

北京大学武术协会 北大物理系学生 宁远

中华武术经过漫长发展的历程,融入了中华民族的智慧、勇毅,其中包含着丰富的科学内容。用现代科学知识来研究中国武术,已成为必然趋势,武术与当代科学的各个学科,诸如物理学、生物学、心理学等的互相渗透、结合成为当今武学发展之前沿潮流。这些研究工作的开展,给古老的武术注入了新的生命活力,使其焕发出更加迷人的光彩,也为武术的进一步推广与普及奠定了基础。《武林》杂志在这方面做了很有益处的工作,登载了一些探讨性文章,尽管这项工作刚刚起步,还存在许多有待解决的问题,但我们毕竟是做了,通过互相讨论、研究,总是越来越接近科学的本来面目,其意义之大和前景之广都是不可忽视的。下面我就《武林》上所载探讨物理学动量定理在太极推手中应用的几篇文章谈一下我的观点。

一、物理概念

在前几篇文章中都提到了物理学的“动量定理”这里我想对该定理及有关物理概念作一较全面说明。

质点(或质点组)的动量定理是用来描述力在一段时间内的累积效应与质点运动状态的变化之间关系的物理学定理。F=mdv/dt是众所周知的牛顿第二定律最精确的瞬时东量表达式,这里F是外界合作用力,dV是受力者瞬时速度改变矢量,dt是相应的改变时间,m为受力者质量。由上式可得:

Fdt =mdvd t=md v

d (mv)=md v +v d m

又:在牛顿力学研究范围内dm =0

∴.d(m)=mdv故有:Fdt=mdv=d(mv)

如果考虑从时刻到2时刻一段时间内的作用效果,则:

Fdt-(m)=m v2 -m V

此处了化下dt是力在一定时间间隔内对时间的定积分,叫做该力在这段时间内的冲量。

(如果在1至。时刻内F的大小和方向都不变,则:了F(2-t)

公式了P2-下1(即∫下dt=m2m可)

即动量定理,用文字叙述为:“在一段时间内,作用于物体上的力的冲量等于该物体动量的增加量。

这里有几点需强调说明:①此处T代表物体所受合力的冲量,如果物体同时受几个力作用,则这些力都要考虑进去。②关于“动量”的概念:动量是综合描述一个物体(质点)的质量和速度的物理量。运用这一概念时应注意①它是矢量,方向与速度方向相同;①动量的定义是对质点(一种理想的物理模型一一只有质量而无大小)而作,但当一个有大小物体每一点速度均相同时,亦可用P=mV来定义其总动量:面对于一个多质点体系,当各质点速度不相同时,体系总动量要用矢量和来计算,即m:(其中n为质点个数)。

二、太极推手中的研究对象与受力分析

把物理学定理、公式应用到具体问题中去,就需要正确选择研究对象,并对之进行正确的受力分析,从而选择适当的定理表达形式。太极推手尽管在搭手听劲的过程中需要时间,这一过程是在不断把握,牵制对方的过程,但在发劲的一瞬间却是瞬时的作用,而且在听劲粘、随等过程中,双方的速度,劲力总是在不断变化之中,故而只能应用力学的解时分析法,即应用的形式。其它形式,诸如速率改变公式F=mi以及F=my-vold v(t-to)

:m公等都不对,而Fm在m△tt

物理学上并无此公式,其物理意义不明确

我们现在取被击出一方为研究对象,对他进行受力分析。一方面是由于来自敌方直接施与的力,这个力是想尽量牵动研究对象的重心,而将其击出。这个力在整个物理过程中占有重要地位。而另一方面容易被人忽视的是研究对象自己造成对于自身的影响,因为当他感觉到对方的企图时,总是在设法来化解它、改变它,但由于双方在反应速度、方向上存在着差异(这是由于双方功力差别引起的),如不能很好适应对方的改变,则就会造成自己重心的不稳定。再一原因是地面施力的影响,这个力是由于受力对象身体状态及速度变化诸因素造成的(包括向上支撑力及摩擦力等)。以上几个因素实际上是相随相合,同时作用的,是一个作用的三个方面。这种影响我们可以举一简单例子加以说明:一个人以较大力正面推我,如果我以同样大小力正面前抗,则对方推我不动,但如对方一松手我如果来不及转换重心,就将前跌,这是在对方撤力后造成的,是后二种因素在起作用,即自身的影响。由于存在着这种自我作用,就为太极推手的听劲、化劲及借力打力提供了广阔的天地。“借力打力”是太极推手中最精采的环节。

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