配箭的基本原理(一)·箭的規格與飛行動態的關係
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配箭的基本原理(一)·箭的規格與飛行動態的關係

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射箭時箭的飛行軌跡與動態,依從力學法則,除了射手的動作,亦取決於弓和箭的物理量。配箭就是按物理量選擇與弓適配的箭。

箭的飛行動態,主要有三方面:

  1. 拋物線軌跡(彈道)
  2. 擺動與回彈
  3. 旋轉


拋物線軌跡

放箭時,弓身回彈,弓弦推動箭尾將箭加速。推力一般在撒放時最高,隨弓身回彈減弱。加速距離約莫是(拉距 - 弦距)。箭在離弦時達到最高速度,離弦後因空氣阻力而減速,並因為重力作用而向下加速,飛行軌跡呈拋物線。箭速越高,軌跡越接近直線,射程越遠(又或者,相同靶距下,箭的落點越高)。



箭重與拋物線

箭速取決於加速度和加速時間,根據牛頓力學第二定律 f=ma2,加速度與弓的回彈推力(弓力)和箭的質量(重量)相關。質量越大(箭越重),加速度越小,箭速越慢,飛箭軌跡會越低。

箭重與彈道

箭重與彈道



擺動與回彈

射箭時有三項因素會令飛箭彎曲擺動:

  1. 撒放時弓弦從尾部將箭前推,但箭並非完美剛體,箭身會因為慣性未及與箭尾同步加速,因而令箭彎曲,並且在飛行過程中反覆回彈擺動。
  2. 撒放時,扣弦的手指或助具(射訣、弽、撒放器)撥動弓弦,令箭尾橫向擺動。
  3. 箭與弓身的觸碰——傳統弓沒有弓窗,弓弦推箭時會將箭壓往弓身,造成箭身橫向彎曲及回彈;現代弓雖然有弓窗, 仍然會因為扣弦押箭、撒放時撥弦、弦面偏差、重力、搭箭點高低等因素,箭身一定程度壓向吸震墊、箭台,造成橫向及縱向擺動。
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橈度與擺動

箭的橈度(arrow spine)量度箭的易彎曲程度,或可粗淺理解成箭的軟硬,數字越高表示越容易彎曲。箭橈度會影響箭受力時的彎曲幅度,換另一種方式來講,就是外在作用力的衝擊,有幾多會被箭的彎曲彈性所吸收,轉化為回彈擺動。

以傳統弓左邊搭箭為例,若然箭橈度過低,彎曲不足,箭身橫向擺動壓向弓身的反作用力會將箭彈往左邊,令出箭偏左;相反若橈度過高,出箭會偏右,而彎曲回彈幅度過大,亦會令飛箭不穩定、入靶角度偏離入射角度。

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旋轉

箭羽從兩方面令箭的飛行動態更為穩定:

  1. 當箭身的指向偏離箭的重心的移動方向(成因可能是上節提到的各種因素引致的擺動、尾流造成的形狀阻力(Form Drag)等等),位於尾部的箭羽受到的空氣阻力會增加,其推力會修正箭的指向與飛行方向一致。
  2. 作用於箭羽的空氣阻力亦會令箭以箭桿中軸為軸心旋轉,基於角動量守恆產生陀螺儀效應,協助穩定箭的指向。


穩定 vs 箭速

箭羽面積越大、片數越多、螺旋曲面等都會增強前述的穩定效果和加快生效,但同時會增加空氣阻力令箭速減慢。


配箭的基本原理(二)·其他考慮因素

配箭的基本原理(三)·選箭入門

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