傳統弓的力學結構
謝肅方《中國歷代弓論述》講座筆記（一）
中華傳統弓的形狀和結構是怎樣的？又為何如此設計？
2017年6月22日於金信射箭中心，謝肅方老師（Stephen Selby）以「中國歷代弓論述」為題舉辦講座，以歷朝為軸，論述中國不同時代的弓的特點和流變，輔以出土文物圖片作說明。
筆者謹將講座內容整理成筆記，分成三篇，內容涵蓋:
本文為首篇。
彎曲應力
將弓拉開時，彎曲的弓身的外、中、內層分別承受三種截然相反的應力：弓背受張力，弓胎受剪力，弓腹受壓力。大部分的材料只會對其中一種應力擁有高強度承受力，很少材料能既耐壓又抗拉，而同時保持彈性。一般木材當彎曲幅度太大就會折斷。
因此弓的材料和結構必須解決這個力的矛盾。英式長弓和日本和弓主要透過增加弓身長度來分散應力。而亞洲包括中華地區的角弓則從材料上來解決：以三種不同材料造成弓身外中內層，每層材料各自抗拉、耐剪、耐壓。如此能製作出短身但仍可大幅度彎曲的弓。
過引時的拉力飈升
角弓還從弓形上解決另一個力學難題。直身弓隨著被拉開，弓弦與弓臂的夾角增加，當超過九十度後（過引 overdraw），弓弦的力矩逐漸變成拉扯弓臂而非彎曲弓臂，拉力飈升，但能量轉換反降（這情況英語叫 stacking）。
角弓常見的反曲弓形，弓弰向前(弓背)屈曲，令弓在大幅度拉開時，弓弦和弓弰夾角仍然小於直角，施力始終用於彎曲弓臂，維持能量轉換。
關於弓形如何影響弓的力學特性，可參考筆者另一篇文章《淺談弓種（上）》
總括而言，中華角弓採用不同材質的多層結構，以對應弓身彎曲時的各種應力，並透過弓弰形成反曲弓形，來增加弓的可彎曲度和拉距。
參考資料
- 謝肅方《百步穿楊 — — 亞洲傳統射藝》，香港海防博物館（2003）
- The Bow Invention Out of Necessity | Stephen Selby | TEDxHongKong | 2015–10–11
- B.W. Kooi, On the Mechanics of the Bow and Arrow PhD-thesis, Mathematisch Instituut, Rijksuniversiteit Groningen, The Netherlands (1983)
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（本文最初發表在 CY L. @ Medium ）
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