太极拳及硬气功中的物理原理 毕业论文.doc
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1、1 太极拳及硬气功中的物理原理太极拳及硬气功中的物理原理 摘要:太极拳是中华传统武术中最著名、流传最广的一种拳法,博大精深;硬气功是 我们在日常生活中最熟悉的杂技表演,精彩刺激;它们都通过巧妙的应用物理学的原 理,达到了出人意料的效果。本文运用合力原理、杠杆原理、惯性原理、动量定理以 及能量转换等力学原理解释了太极拳省力而又能达到最大打击效果的原因,利用动量 定理、动量守恒定律等物理原理粗略计算并解开了腹上开石不伤人的秘密,用角动量 定理和受力分析等方法分析计算,找到了胳膊断木棍、头断铁片的原因。 关键词:太极拳;硬气功;物理原理 Physical princal in shadowboxin
2、g and Hard Qigong Abstract: Shadowboxing is one of the most famous and widely spread traditional boxing in Chinese traditional Matrial Arts,.Hard qigong is a kind of acrobatic performance which is widely seen by many of us. Its exciting and wonderful. They all apply a lot of physical laws dexterousl
3、y to get significant result. This article tells us why shadowboxing can get the significant effect in saving-power ways by using physics laws such as force principle, leverage principle, theorem of momentum, law of inertia, elastic potential energy and rotational energy . Also it finds the reason wh
4、y actors can be safe in acting of splitting a big stone on the abdomen by using physics laws such as laws of inertia,theorem of momentum, law of conservation of momentum and the cause why they can brick the stick by arms and brick the iron by head by using the physical laws such as the theorem of an
5、gular momentum and stress analysis. Key words: shadowboxing; Harding Qigong; physical principles 目 录 1 引言3 2 太极拳中的物理原理3 2 2.1 合力原理的应用3 2.1.1 斜合力的应用3 2.1.2 力偶的应用5 2.2 杠杆原理的应用6 2.3 惯性原理的应用7 2.4 动量定理的应用7 2.5 “缠丝劲”的物理原理分析9 3 硬气功中的物理原理10 3.1 腹上开石10 3.2 胳膊断木棍12 3.3 头断生铁板条14 4 总结14 参考文献14 1 引言引言 太极拳是中华传统武术
6、中最著名、流传最广的拳法,它形式多样,风格独特,拳 理博大精深,内涵深厚,历经几百年的发展,包含了有关技击、生理、心理、哲学以 3 及物理等许多方面的内容,深受国内外广大人民群众的喜爱,运动简便,老少咸宜, 关于太极拳研究的学术成果十分丰富1-8, 但应用物理学原理作较深入研究的不多;我 们在日常生活中较熟悉的硬气功表演腹上开石、头断铁板、胳膊断木棍等,精彩刺 激。但利用物理学原理来深入研究硬气功的比较少,而且是只言片语9,10;作为对传统 武术感兴趣的学物理的人,深感有责任对其进行较深入的相关研究。本文将在参考大 量相关视频和学术文献的基础上,结合自己锻炼的经历,从物理学的角度出发,力图 对
7、太极拳中的一些招式动作和硬气功中常表演的内容进行科学解释,谈谈物理学原理 在太极拳及硬气功中的巧妙运用,以便大家理解其物理原理,更好的学习和弘扬中华 武术文化。 2 太极拳中的物理原理太极拳中的物理原理 通过对太极拳套路中招式动作的分析与研究,已发现太极拳主要应用了以下几个 的物理原理: 2.1 合力原理的应用 合力原理是物理学中的一个重要的规律,在实际生活中有着很重要的应用。在太 极拳的攻防中,太极拳对合力的应用体现在以下两个方面: 2.1.1 斜合力的应用 甲方将力作用在与乙方身上,作用力为F1, 此时乙方也将力作用在甲方身上,作用 力为F2,其中甲方施加F1的点为A,受到F2的作用点为B
8、,或甲方施加作用力F2的点与 受到的力F1的作用点都为A,两个力方向不同,这时两个力将产生斜向合力F3,F3的方 向由Fl与F2决定,我们称它为斜合力。斜合力的示意图如下: A F1 F2 F3 F2 F1 F3 (a) (b) A B 图1所显示的是两个互相垂直的力的作用,他们的合力的大小为 (1) 2 2 2 13 FFF 图图 1 斜合力斜合力 4 F1 F2 F3 图图 2 平行四边形法则平行四边形法则 如果两个力F1、F2方向不垂直而成一定的夹角作用在同一物体上,如图2所示, 根据平行四边形法则, F3为F1、F2的合力,它的大小为 (2) 22 31212 2cos FFFF F
9、对抗中练习者主要是通过改变对方来力的方向,把对方的技击动作运使过程中发 放的劲力打偏,通常所说的以横破竖、有横不见横等就是运用了不同方向力的合成原 理。这个原理用的很普遍,因为在实际的技击中,在同一直线方向上的作用力很少, 更多的时候是两个力形成一定夹角。用一个小力作用于一个大力,使大力的方向发生 改变,从而减弱或消除大力作用的效果。 斜合力在运用时有两种表现形式:一种形式是甲方用右手推乙方胸部或其它部位, 这时乙胸部稍含,同时用左手向右横推对手的肘部,由于两力同时作用的结果,便产 生一个斜向的合劲,因而将对手的右手招法产生的劲力向我体右侧方向化掉,如图1(a) 所示;另一种形式是甲方用力向乙
10、方胸部推来,乙方随对手甲方劲力的变化,用胸拥 住,同时身体向左或右转动,由于乙方自身身体动作的转动,也就改变了对手甲方的 劲力运使方向,也形成了一种斜合力,使甲方的手向乙方一侧滑脱,如图1(b)所示。在 实际运用斜合劲时,两种形式的劲力往往同时运用。例如在技击实战过程中乙方右手 抓住甲方衣领不放,甲方右手管住乙方右手,同时甲方左肘放在乙方右肘处,然后由 左向右转动,腰胯要求同时向右旋转,甲方身体重心随之下降,将乙方拨倒在地。 综上所述,斜合力是一种以横破直的技术,在对抗过程中可以有效制约对手的技 击动作发挥,使对手有劲用不上,不能发挥出正常的技术水平1。 斜合力在太极拳中的应用十分广泛,例如“
11、起势”的应用5:当甲方用右手向自己 的左前方发动进攻,这时甲方产生一个向乙方的左胸垂直的推力,这时乙方就用双臂 顺时针画弧向右掤开对手的右手,产生一个向右的推力,这样应用斜合力,就巧妙的 5 化解了对方的攻势。 2.1.2 力偶的应用 在太极拳中,力偶有很重要的应用。力偶是指同时作用在同一物体两个不同的点 A、B上且方向相反的一对力,这一对力就被称为力偶。它的特性是既不能合成一个力, 又不平衡,能产生旋转的力矩,使得物体具备旋转的条件。 力偶在太极拳中有两种表现形式:一是两力同时作用在同一肢体上的A、B两点上, 力的方向相反,使肢体翻转或折断;二是两力同时作用在两个肢体上的A、B两点上(注:
12、由于两肢体的相互接触,实际上形成了一个整体),力的方向也相反,通过力的弧形化 解与转向,使一方翻倒或受控于另一方,如图3所示1。 F1 1 F2 F2 F1 力偶在太极拳中应用广泛,例如“懒扎衣”式中5,对手在自己右方,其双手搭在 自己的右臂上,其左腿在前右腿在后,自己右手往捧,对手则按住自己右臂,这时候 自己就可以让右手往左引,同时右腿往右方前进,插入对方的左腿的后面,左手往对 手的方向进,可以乘势拿住对方的右臂,右边的肩肘对对方的肋骨处施加一个向后下 方的靠的力,同时右腿往外对对手的左大腿处施加一个向前上方的力,这两个力组成 一对力偶,产生旋转力矩,使对方重心不稳翻倒。 在实际技击过程中,
13、招法动作运用是复杂多变的,劲力的运使与发放也呈千姿百 态。不可能总是以某种单纯的合力的形式来发放对手,而是往往同时运用几种合力将 对手引进落空、推出或推倒,从而达到制胜对手的目的,这时候往往应用的是顺合力、 斜合力或力偶中的一种、两种或者三种,如何巧妙运用这些方法,关键是看练习者的 应变能力和功力程度。 2.2 杠杆原理的应用 图图 3 力偶示意图力偶示意图 6 杠杆原理告诉我们,要想让一根受动力和阻力的杠杆平衡,必须使其动力矩与阻 力矩相等,即动力与动力臂的乘积等于阻力与阻力臂的乘积,用公式表示为 (3) 1122 F LF LAA 式中,F1为动力,L1为动力臂,F2为阻力,L2为阻力臂,
14、其示意图如下: F1 F2 L1L2 支点 O 显然,若F2大于F1,要使杠杆平衡,就要使力臂L1大于L2。太极拳的四两拨千斤也 就应用了上述的原理,在阻力较大的情况下,让动力臂大于阻力臂,这样在对战过程 中就可以克服较大的阻力,实现小力胜大力的目标。 杠杆原理在太极拳的实战技击中也有很重要应用。例如在“撤步闪身抓腕后拉” 动作中(如图 5 所示) 4,左图是甲方向乙方进攻的状态,其中 F 是甲向乙冲拳的力,V 是身体前移的速度,G 是重力,Nl和 N2是支撑力,摩擦力忽略不计,稳定角BOG 大于AOG,身体容易在力 F 方向失去平衡。此时重力作用线在支撑面内,可以保持 身体平衡稳定。当乙躲开
15、甲的冲力 F 并顺势抓腕后拉时,拉力 f 与冲力 F 形成合力 p,该合力 p 产生使甲方失去平衡的力矩 ph,若 ph 大于 GL,则甲重心前移,右脚离 地,重力产生的恢复力矩 GL 不能使身体恢复到原来的平衡位置,随着倾倒的加剧, 重力对支点的力 L 不断缩短,恢复力矩的作用不断减少,当倾倒使重力作用线通过支 图图 5 撤步闪身抓腕后拉撤步闪身抓腕后拉 图图 4 杠杆原理杠杆原理 7 点时,恢复力矩变为零,重力力矩(Gb)则起着加剧倾倒的作用,在两倾倒力矩 ph 和 Gb 的作用下,甲快速绕支点 A 向前倒下。合力 p 的大小,决定于两分力的大小和分力 间的夹角,夹角越小,合力越大。 综上
16、,在太极拳的技击实战中,充分的利用好杠杆原理,有利于在对抗的过程中 得机得势,取胜对手。 2.3 惯性原理的应用 惯性是指一切物体如果不受外力作用,总保持静止状态或匀速直线运动状态的属 性。它是物体的固有属性,其大小仅与物体的质量有关,物体质量越大,惯性越大,运 动状态越难改变。同时,牛顿第一定律告诉我们,任何物体若不受其它物体的作用, 由于惯性,将继续保持其静止或匀速直线运动状态不变。 在太极推手中,惯性原理的应用表现为:起初双方处于静止状态,当自己利用一 种动作,使身体相互接触,并意欲加力于对方身上时,对方如果用大力抵抗,自己就 很自然地立即松手,在对方的动作上减少或者撤销自己的力,使对方
17、落空,破坏对方 的静止状态,对方身体受惯性的支配,不由自主地继续前进而失去平衡。此时,自己 就可趁对方重心动摇,立即发劲击他。对方如果身体前倾并不甚猛,而正在挣扎,自 己还可以运用叠加力的原理,顺着对方迸击力的方向加力于对方身上,对方就很容易 失重而倒。 太极推手中的“引进落空”正是利用了惯性原理,又恰当地利用力的合力来达到 以小胜大的效果。例如,甲用肩背向乙胸“靠” ,乙则及时转腰闪身,使甲的靠力落空, 甲受惯性支配,身体继续向前扑而失去平衡,这时乙顺势在甲背后朝运动的方向一 “拨” ,使甲身体沿着运动方向产生加速度,跌得更远更快;又例如,甲方用左拳向乙 方胸部击来,乙方顺势向左转螺旋下沉,
18、同时左手臂管住甲方左手腕,右手管住甲方 左肘部,借助甲方劲力的运使,向左后将甲方捋出。所以说,太极拳的“四两拨千斤” ,正是在充分、灵活的应用惯性定律的基础上,达到以小力胜大力的效果7。 2.4 动量定理的应用 在物理学中,物体的质量与速度的乘积叫运动物体的动量,一般以mv表示,m表 示质量,v表示速度。力和力的作用时间的乘积叫冲量,一般以Ft表示,F表示力,t表 示时间。动量定理即:物体在时间t内动量的变化量等于物体所受合外力的冲量,一般 以P=Ft= mv2mv1,其中v2指变化后的速度,v1表示变化前的速度。 8 由动量定理可知,当对方的初速度一定时,末速度越大,速度变化量v越大,则 动
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