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許多固體材料在外力作用下會產生形狀變化;當外力撤銷時,它又恢復其原來形狀。這在物理學上稱為彈性變形。竹片、弓千、金屬彈簧等等,都具有彈性變形的性能。 彈性弓箭 使用彈性變形的弓箭,在中國有悠久的歷史。距今三千年左右的舊石器文化遺址中出土的石鏃,就是使用弓箭的証明。西周後期,弓的彈性變形被載入詩歌之中。《詩•小雅•角弓》寫道:“騂騂角弓,翩其反矣。”大意是:裝調好的角弓,總是以反其作用力的方向彈回。 ![]() 古人不僅知道彈性變形,而且“彈力”一詞使用甚早。唐代段成式在記述某人踢球時所用的“彈力五斗”就是最好的見証。 先秦時期,測定弓弩的彈力是宮廷作坊規定的制度之一。《考工記•弓人》記述弓箭制造技術中指出要“量其力”。這表明當時已有測量弓弩彈力的器具與方法。許多典籍中也留下了測量數據的記載。 令人驚訝的是,在居延漢簡中,內載弓弩彈力數值者達94處之多,其計量單位不僅準確到石(一石合120斤)、鈞(一鈞合30斤),有的甚至精確到斤、兩。更值得一提的是這些測量數值居然和現代力學中用以表示材料剛度(即材料扺抗變形的能力)的大小達到驚人的一致。由此可知,古代中國人早就開始測量材料的剛度了。 究竟如何測量弓弩的剛度?宋應星在《天工開物•佳兵•弧矢》中寫道: 凡試弓力,以足踏弦就地,秤鉤搭掛弓腰。弦滿之時,推移秤錘所壓,則知多少。 宋應星稱這個過程為“試弓定力”,並畫圖示之。可惜,他的圖中尚未畫出“以足踏弦”的情景。應當說,這只是測量方法之一。漢代以前,或許有更簡單的方法。例如,將弓弦放鬆,或另以一繩鬆弛地繫在弓的兩蕭(兩端)。提起弓腰,在鬆繩中間掛上砝碼或秤錘。直到弓的變形達到這種情況為止,若再加上砝碼,弓幹就會有折斷的危險。這就是我們現在所說的“彈性限度”。此時,弦上所掛砝碼的總重量,就是古代所說的“弓力”,即我們所說的剛度。 |