【趣味科学】弓弩:穿越历史硝烟的利器?

来源: 作者:科普工作队 发布日期:2015-12-08 00:00:00

  
  



  在我国传说中,黄帝命属下“做弓矢”,而实际上中国境内发现的最早的石箭头确定为距今28130±1330年前,发现于山西朔县峙峪村,时间早于黄帝所处的农业文明时期。很显然,人类是先学会狩猎,然后发展的农业。这枚箭头在世界上,如果不是最早的,也是最早的之一(考古界大体认定非洲发明弓箭的时间是 2~3万年前,而欧洲是1.8万年前),就考古的实物来讲,中国黄河流域可能是世界上最早发明弓箭的地区。古史中讲到有一位夏王“柕”专门为了应付东方民族的箭矢而发明了“甲”。虽然古史书并不代表真实,但是以渔猎为生的东夷族善于射箭,却是历史上的事实,而且似乎给当时的中原部族留下了足够深刻的印象。
  讲到东夷族,不妨也对中国的北方民族做一个说明。东夷与后世所谓北狄在地域上相连接,在文化上也有交流。东夷较早融入中原农耕文化,而以游牧为业的北狄,则发展成了后世中国历史上诸多的北方少数民族。到东周末年战国时期,北方诸族融合统一成匈奴和东胡两大部族,再加上辽宁、吉林一带的肃慎族,至此,让历代中原王朝头疼不已的北方民族已经全数登场。几乎所有汉族史书中描述这些民族时,都会有这样的评语“善骑射”、“娴弓马”,以他们为代表的北方诸民族以骑兵之威、弓箭之利争夺天下,让一朝朝一代代的中原王朝疲惫不堪,也为中华民族加入了强悍的血液。在两千多年的封建历史中,作为兵器的戈消亡了,戟消亡了,剑也一度没落,矛和刀也不断改变着形制适应着战争的发展,而中国的传统弓弩却是一直长盛不衰。
  
  弩是弓的近亲,虽然在我国“弓弩”并称,但在其他国家的情况却未必如此。弓是冷兵器时代世界上众多国家民族都有的,弩却是一家独大,中国差不多是世界上唯一个将弩这种兵器发展到极致的国家。
  中国的弩起源于何时?三国谯周说“黄帝作弩”,这显然是托古:《吴越春秋》说“弩源于弓,弓生于弹”, 就道明了弩、弓、弹(弹弓)三者之间的渊源关系,这是比较科学的说法。弩是横弓着臂,弩臂后部装有挂弦、发射、瞄准的装置——弩机。最新的记录表明,中国最早的弩残件出土于山东青州,那件石弩被判定为3000多年前的作品。中国弩在春秋战国时期就大量装备部队,秦汉时已经成为了王朝军队中装备数量最大的武器,东汉末年出现了一些大型弩,经过唐代进一步发展,在宋朝达到辉煌灿烂的顶峰,此后逐渐没落。



  我们说到蒙古弓或者清弓等中国传统的弓,一般都会描述它为“双曲反弯复合弓”,这就涉及到对各种各样的弓的分类。
  弓按弓体材料分有单体弓和复合弓。 单体弓就是只用单一材料制作成弓体,人类最早的弓都是单体弓。复合弓的弓体则由许多种材料构成,成熟形式的复合弓大多是由竹木、动物肌键、角骨制作。大约在商朝,中国的弓就进入了复合弓的时代。在工艺发展的过程中,单体弓并非直接发展为成熟的复合弓,最开始的作法是将几种力学特性不同的竹木材料贴合到一 起,用以改善弓体的性能,英国学者Pitt-Rivers将这类弓称之为加强弓或者更为形象的叠片弓。日本传统弓就是典型的加强弓,可以由二、三、四或者五根木料叠合加强成弓体,最甚者,现在日本弓道馆常见的弓胎弓可以由八、九根木条加强而成。
  所谓“反弯弓” , 是指弓体在不上弦时处于松弛状态,其弯曲方向与上弦的时候相反,有部分或者全部的弓体是往前弯的。这说明弓体的弹性比较好,大多数复合弓都是反弯弓,由于贴加了动物角筋,能够做更大程度的弯曲。一般而言,对于比较软的弓体先将其弯曲绷紧到一定的程度才参与搭箭射击,有利于提高弓体材料的利用效率。既然有“反弯弓”,对应的也就有松弦时不向前方弯曲的弓,一般来说这种大都是单体弓。典型的复合反弯弓在上弦之后会呈现两个优美的弧曲,整个弓体呈“M”型或者 “W”型,所以又叫“双曲”,与最普通的“单曲”相对应。



  有人做过试验,以土耳其弓与欧式长弓作对比,土耳其弓与蒙古弓相近,都是典型的复合弓。实验表明,在开满弓拉力相近的情况下,复合弓尺寸小于单体弓,而箭的初速和动能却高过它。以物理学的角度看拉弓射箭的过程,其实就是射手拉弓将能量储存于弓体,而后弓体再把储存的机械能传给箭矢的过程。为了增加弓体拉满时储存的机械能,就要增加弓臂弹性部位的长度、宽度和厚度,其中弓臂的厚度对弓力的影响最显著。参考我国一些近代战弓实物,其弓臂很厚,弓体沉重。而欧洲单体弓受木材所限,一般采取加大长度的方法来提高弓体性能。后来欧洲出现了以钢作弓体的弩,直接更换掉材料力学性能有限的木质弓体。
  
  
  描述弓的性能 的最基本一项指标就是弓的拉力,弓拉满的时候拉弓弦的力量大小就是整张弓的拉力。现在国际上体育比赛所用的弓拉力一般在40磅上下,以奥运会为例,女子用弓 20~40磅,男子用弓30~50磅。50磅的重量大约是23公斤,好像并不大,实际上对于没有经过训练的新手来说,拉开50磅的弓远比提起23公斤的重 物要吃力的多。而经过长期训练的专业射手其拉弓力有时可以达到惊人的程度,按史书记载,极少数古代战将甚至可以拉开400磅左右的战弓。记载中这些善射的古人都具有胸宽背阔“猿臂”善射的身材,这是有原因的,拉弓主要使用胸部和背部的肌肉群,而猿臂是指双臂修长、柔韧性好。英国思想家培根说练习射箭可以使人心胸开阔,从生理学的角度来看不无道理,经常性大幅度的扩胸运动,加上瞄准时的凝神静气、克虑杂念,确实对人的身心健康都有好处。
  一般来说,最基本的单体弓其拉弦力是随拉弓距离线性增大的,但是对于亚洲传统的复合弓,射手会感觉到弓的拉力并不是均匀增大的,按制弓师傅的说法大约在拉弓到一半的时候最吃力,拉满的时候反而略轻松,现代的科学实验部分证实了这种说法。
  美国学者Paul-Klopsteg对四种弓做过对比实测,并给出拉力与张弦关系的曲线。第一种,短而直的单木弓受力“僵硬”,拉弓费力较大而射出的箭无 力,在中国有些西南方少数民族自制的弩弓可以看作是这种弓的比较贴合的例子。第二种,6英尺长的长单木弓(英国长弓的形制与尺寸约1.8米)拉力随张弦距 离均匀增加,弓张满时拉力最大。第三种弓是安装了硬质弓弰的单木弓,弓弦不是像英国长弓那样直接挂在弓胎木臂两端,而是像复合弓那样挂在弓弰上,弓弰一般采用更为坚硬的材料制作,较少参与弯曲,能够改善张弓过程中的受力,拉弓开始时较硬,到了末期反而比较轻松。



  
  A是短而直的单木弓,B是6英尺长的单木弓,C是带弓弰的单木弓,上弦之后弓弰与弦成一直线,D是亚洲复合弓
  这种弓的实例,笔者浅陋,只在电影《魔戒》见到精灵王子有一张弓接近这种形制。另外,古印度的弓其弓弰就特别长,甚至能占到全长的一半,但它是复合弓。实测 的第四种弓就是传统的亚洲复合弓,其受力变化最为明显,开弓过半程之后,虽然静拉力还在缓慢增大,但是张弦距离却在迅速增加,给射手的感觉就是越拉越轻松。
  由上可见,相比于欧式单木弓,亚洲复合弓的受力有两个优点。一、拉复合弓过半之后,射手做功负担减轻,有利于分出更多精力进行瞄准;二、是 复合弓的“储能”特性要优于单体弓,在张满弓拉力相同的情况下,复合弓拉弓过程中储存的机械能最多,射出的箭矢速度最快,“劲”最大。反过来讲,要射出同 样威力的箭,复合弓可以做的更小。因此东亚和中亚的游牧民族无一例外都选择复合弓,就是为了便于马上使用。而欧式单木弓很少用于骑射,这跟欧洲历来的战争传统有关。当然世界上有一个特例,就是日本,战国时常见武将骑在马上用长近两米的“巨弓”向敌人射击,而且骑马射箭还是武士的基本训练科目。不过日本的传统弓上下不对称,射手手握在弓的中部以下,最远可到三分之一处,弓体以握弓处为分界,上弱下强。如果弓的上部做成与下部刚度相同,其长度将处于合用的限度。
  应该讲,弓箭作为一种武器,它的使用和发展是与一个民族的文化、生产力水平、地域环境以及对外的交流相关联的。不同民族、不同地域在不同的历史时期所使用的 弓弩类型并无定数,万不可一概而论。例如,从春秋成书的《考工记》可知,当时复合弓的工艺已经成熟,性能可靠,而湖北、湖南出土的竹弓、木弓却说明,在同 时代或稍晚的南方楚国却一直大量装备单体弓,可能是受南方多竹的地域条件影响,成本低、工艺简单的单体弓也能在当时的战场上占有一定地位。
  以中国为例,不论是中原汉族还是北方游牧民族,骑兵武器排第一位的都是弓箭 (中国秦汉朝骑兵较多使用弩),不论是士兵使用弓弩的技艺水平、重视程度还是它的装备数量,在中国两千多年的骑兵史中都具有不可撼动的地位,生命力远超马刀、马矟等其他单兵武器。尽管与西方骑士甚至是东方步兵相比,由于对机动能力的追 求,让东方骑兵在大多数情况下防护力处于弱势,但是弓箭的使用可以最大限度地使其免于陷入近身肉搏战,提高了骑兵的生命力,也提高了单兵的杀伤和控制范 围,而且能够有效的威胁远程密集目标和中近射程内的移动目标,使军队获得了极大的战术灵活性。



  《考工记》里的弓箭是什么样的?
  
  弓箭在中国古代的重要性毋庸置疑,除了广泛用于战争、打猎之外,一如谭旦囧先生所言,“在中国,历代更保持着‘礼乐射御书数’六艺并重的精神,甚而合射以明教,借射以学礼,自天子下降及庶人,莫不讲习”。传统弓箭制作时间较长,一般都在一年以上,制作程序繁杂,尤详于《考工记》一书。《考工记》又号称难读, 一则因为文字艰涩,难以疏通文义,二则古今工艺差异颇大,多有龃龉。本文兹据传世文献、出土材料、实地考察等,尝试厘清《考工记》弓矢制作的相关参数。
  传统弓的长度
  弓的长度因人而异,“弓长六尺有六寸,谓之上制,上士服之;弓长六尺有三寸,谓之中制,中士服之;弓长六尺,谓之下制,下士服之”。《考工记》提到的三种长度不一的弓,约合今152.46厘米、145.53厘米、138.6厘米。据《临潼县秦俑坑试掘第一号简报》,秦始皇兵马俑出土铜弩机、木弓和弓囊28件,其中,“木弓已朽,长约117-140厘米”。在居延汉代遗址也发现一张缺弦的反弓,“长130厘米”。虽然汉出土的弓弩长度较《考工记》偏短,但是亦可作为参考。
  传统弓的射程以及拉力
  《仪礼·大射仪》中规定“大侯九十”,即天子举行射礼时所用侯道为九十貍步。一貍步为六尺,则九十貍步为540尺。晚周至秦汉1尺约今0.231米,540尺 约今124.74米,此即天子举行射礼的侯道长度,比今日奥林匹克运动会射箭项目的最远距离90米,还要多出34.74米。此外,《史记·苏秦列传》载:“天下之强弓劲弩皆从韩出。奚子、少府时力、距来,皆射六百步之外。”如果《史记》所言不误,则这些驰名天下的韩国强弓射程都在831.6米之外。
  至于传统弓的拉力,《考工记》未有明文。明人宋应星在《天工开物·佳兵》篇提到:“凡造弓视人力强弱为轻重。上力挽一百二十斤,过此则为虎力,亦不数出。中 力减十之二三,下力及其半。”明之一斤,约合今1.1936市斤,120斤约合今143.232市斤,即71.616千克,约157.886磅。上力之人,拉开一张近160磅的弓,这在原中国国家队射箭教练徐开才等老先生看来未免不可思议,今人几乎不可能做到!《天工开物》可以 为我们推测《考工记》的拉力提供一个参照。根据古今度量的换算,明人弓箭拉力之大已经让今人瞠目结舌。可惜,文献所限,我们对《考工记》所载的一张弓需要花费多少力气依然没有确切的答案。但是,鉴于弓箭是当时战场上极为重要的远距离攻击武器以及《考工记》对弓箭制作大幅细致的描述,《考工记》所载之弓,其拉力之大恐不在明弓之下。古代多有射箭世家,一旦即戎,即是生死系之,其体质之强,用弓拉力之大,恐非今人可比!
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