用牛頓運動定律來解釋武術的用力原則 

                                                                                     -----   鄒開華

                                                          -----      本文是內壢班鄒開華教練在 2011 年 11 月
                                                                       於長洪武學系統三段檢定所提出的論文,關
                                                                       於武術用力方式的一些體驗,特別刊出供
                                                                       大家參考,透過這篇文章可以讓大家了解武
                                                                       術的領域也可以用科學的方式來解釋,使練
                                                                       習的人更容易明白,歡迎各位
仔細拜讀。



1.  前言:

    
傳統武術是中華文化重要資產,源源流長代代都有優秀人才輩出,
        連其他國家都驚訝中國武術的奧妙,因此中國武術一直都蒙上神祕的面紗。
        而當踏進武術這個殿堂後,我們會有一種感覺,其實武術是“ 知易行難 ”的一門學問,
        它的原理很簡單,但要做到卻很難,很難的原因是因為需要長時間耐心的學習,
        而且功力是沒有底限的,“ 深不見底 ”就更添增其神祕性。
        但 “ 知 ”卻是容易的,基礎的武術理念是淺顯易懂的,只是一般都是用“ 定性 ”的觀點去詮釋,
        如果能用“ 定量 ”的觀點做出解釋,相信將更能生活化讓更多人接受。
       
較基礎的傳統武術展現在於“  力 ”,
        能夠隨心所欲的駕御“ 力 ”,以現在來說可算是武林高手,
        既然力是重點,我以牛頓運動定律,將兩種理論做交互探討,來看中西理論有何異同之處。

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                         開華教練 全家福 參加 2012 年台北春酒會   ↑

2. 
牛頓運動定律:

     
牛頓提出三大運動定律,簡述如下:

                   
第一定律:一個不受外力作用的物體,靜者恆靜,動者恆以等速度運動。
                   
第二定律:一個物體受外力作用,會改變物體的運動狀態,產生一個加速度,

                                        
用一個公式可以定量,    即     F= mxa
                                             ----   其中
F 為外力,m 為物體質量,
a 為物體受外力後產生的加速度。

                   
第三定律:每一個施加於物體的力量,都會同時產生一個大小相等而且方向相反的反作用力。

       
我們就以這三個定律和武術裡力的運用觀念來做相互討論:


3. 
身形代替手形 VS. F=ma
 

        武術第一堂課開宗明義告訴學員要用身體的力量,不要只用手的力量,
        因為身形力量遠遠大於手形力量,所以要訓練一動全身俱動,身形步伐及手形要能連於一體。
        我們試著用
   F=ma  這個公式來討論這個原則:
 

                我們要使出最大的力量,即   F  要大,而  F=ma,所以要讓  m  a 加大即可,
                但 
a 一般是由個人肌耐力決定,也就是說同一個人同一時期肌耐力是差不多的,
                因此
a 的變化很小,暫且設計  a 為固定值;而 m 是質量,簡單來說和體重是相等的,
                而一個人的體重短時間是不變的,也就是
m 也是固定值,
                所以一個人在短時間內
m a 都是固定值,則  F  (力量)  也是固定值,
                即一個人在短時間內,他能施的最大力都是一樣的
!?

        
當然不是這樣,如果仔細去看  F= m a  的公式,其中的 m 指的是“  所有會產生 a 的質量 ”,
         如果有部份質量是不產生加速度,則這部份並不能計入
m 中。
         我們將身體質量分成右手為
m1,左手為 m2,軀體  m3,右腳  m4,左腳  m5
         如果我們用手形出力,只用右手所產生的力量
  F1= m1 x a

         若用雙手則產生 
F2 = (m1+m2) x a ,如果用軀體加上雙手, F3 = (m1+m2+m3) x a
         如果用全身的力量則
  F4 = (m1+m2+m3+m4+m5)  x a
         憑直覺猜一猜
F4 F1 的幾倍力量
        
筆者用體重計“ 大概 ”量四肢和軀體的重量,全身體重 65 公斤,一隻手 3 公斤,一隻腳 8.5 公斤
         所以
F1 = 3x aF2 = 6x aF3 = 48x aF4 = 65x aF4 15 F1,其差距是讓人驚訝的。
        
而丹田是全身中心所在,透過訓練的方式,習慣將 全身  ( 身軀+四肢 )   的力量感覺匯集在丹田,
         再訓練不論是左手、右手、左腳、右腳出力,
         丹田都可以全力支援
   ( 丹田支援的力量就是全身的力量 )  ,而達到最大的效果。
         而功力更深的,發力點不一定是在四肢,而是身體的任何部位都可以使出全身的力量,
         這也就是我們所見的“ 功夫 ”,
         當然如同前面所言”知易行難”,訓練可能是
10年、20年、30年…的時間才能達成。

 
   4. 
有效的攻擊模式 

  
         被打一拳很痛,因為對方一拳快速打來,產生碰撞使對方拳頭速度急速下降,
         產生一個加速度,再乘以手的質量就變成一個力 
( F=mxa )
         這個力在撞擊面使微血管破裂,肌肉組織創傷,所以會紅腫,
         這是打人與被打都同樣會發生的事。
( 註 :牛頓第三運動定律 )
         而較弱小的一方,則會站不穩而踉蹌跌倒,因為力量相同,
F 相同,
         當
m 越小,則會產生越大的加速度 a
         但同時兩者都承受相同的力,所以並沒有佔太多的便宜,
         這是一般人的攻擊模式,我稱為“ 撞擊式攻擊 ”。

        
我們的攻擊模式是“ 減少接觸面的撞擊 ”,
         接觸對方是為掌握對手的丹田,甚至幫其整合丹田力,再與自己丹田合力使成一體,
         此時才發勁出力將對方擊飛出去,產生一個極大的加速度,
         此時接觸面產生極小的撞擊力,所以自己不受力,對方接觸面也不受力,
         但是有一個加速度飛出去,當落地時,速度瞬間變成零而產生極大加速度,就與地球產生碰撞,
         對方撞擊面就受傷而疼痛,而地球卻不會痛,我們也不會痛,這不就是最有效攻擊模式嗎 
?

        
用一個生活上常見的現象來描述,如同一顆充滿氣的籃球在地上,
         如果用踢足球的方式用力踢
  (撞擊) ,雖然球飛出去了,但腳也腫了,
         但只要輕輕拿起籃球再奮力一擲,籃球一樣飛出去了,
         同樣的結果可以用不同的方式去達成,當然要使用最有效安全的方法,
         而且萬一這顆籃球裡面裝滿了砂子,質量加大好幾倍,用力一踢的後果可想而知。

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             長洪武術練習 有效的攻擊模式是“ 減少接觸面的撞擊 ”  ↑

 
5.  最佳的接力模式

     
要接對方攻擊的拳就是順著對方的拳  ()
         含身或後收,降低撞擊,等“
搭上 對方的拳後就能輕易反制。
         套用
  F=mx a  的公式,想要撞擊力為零,即 F = 0m 不可能為 0,所以  a  0
         也就是當對方一拳攻擊過來,在對方撞擊時或撞擊前,
         讓撞擊面產生和對方相同的或相近的速度
  (含身或後收)
         如此大大降低加速度甚至使
a = 0,就能搭上對方的拳而輕易反制。

        
套用這個模式也可以量化接拳功力的高低 !

                   
速度 = 距離 / 使用時間  ( U = s / t)
因此 速度 和  使用時間 成反比,

 

         也就是能在越短的時間內讓接觸面達到和對方來的速度一樣功力就越高。
         實際的情形是對方攻擊不會先預告,一切發生都在電光火石一瞬間,
         從我們發現拳頭來襲到達接觸面,其中時間是很短暫的,
         在這短暫時間能反應讓接觸面產生多少速度就顯現出功力高低,
         例如對方一牶最終速度是
  10  ( m  / s )
         而 甲 只能反應做出
  4 ( m / s ) 的速度,則撞擊面會產生  F= mx 6 的力,
         但乙能做出
8  (m / s ) 的速度,則 F = mx2,功力高低就一目了然了。
         
想想拍球的時候,手是不是跟著落地反彈回來的球一起往上擺動,
         球反彈速度越快,手擺動的速度就越快,才能不受撞擊力而控制球,
         試一試其中一下手不要往上擺,球就會直接撞擊手掌,
         看看那力道有多大,而且球也控制不住了。


6. 生活武術

      
陳總教練一直強調武術生活化,傳統武術就是要駕御力量在生活上隨時都可以加以運用。
         近來有句廣告詞:

             「 走平路關節要承受 2 倍的體重,上樓梯要承受 3 倍的體重,下樓梯要承受 5 倍的體重」,

         我們同樣用 F = mxa來採討,身體關節要承受的是我們的體重,
         平常站著不動,雖然沒有 a ,但因地心引力的作用,
         隨時都有一個向下垂直的引力造成一個加速度,
         所以站著不動關節就要承受一個體重的力,
         走路是水平移動,為什麼會多一個垂直的力呢 ?
         關鍵在於走路的習慣及姿勢,走路身形會上下晃動,而產生上下的速度,
         當走路急躁或姿勢不良上光晃動
較大時,速度的變化就加大,
         相對 F = ma, F 就產生再加上重力加速度,身體自然就多承受力量。
         老祖宗的智慧是讓人驚嘆的,幾千年前祖先就要我們“ 安步當車 ”平順的走路,
         就是要滅少身體的負擔。

         上樓梯的道理就容易懂了,因為有向上的速度,自然會產生加速度而產加力,
         而下樓梯的道理相同,只是變成向下的速度而已,但問題來了,為什麼下樓梯的力大於上樓梯的力 ?
         其實上下樓梯承受力量的大小不是絶對的,而是因上下樓梯的習慣決定。
         想一想,一般我們上樓梯快還是下樓梯快 ?
         上樓梯比較累所以慢慢走,速度變化小,加速度小,受力就小,
         而下樓梯比較輕鬆,速度變化快,加速度快,所以受力大。
         上樓梯加速度產生於前腳踏到上一階後,接著要將後腳連身體帶到上一階,
         因地心引力關係,前腳必需使勁,才能帶動身體往上一階,
         若肌力弱的人,他就會習慣用蹬的方式,運用加速度產生向上的力幫助身體向上,
         蹬的加速度越大,身體關節承受的力就越大。
         而下樓梯前腳踏下一階後,後腳及身體因為重心加速度往下拉,習慣就順勢而下,而產生速度,
         但速度到達前腳時要穩住身體,此時速度變小,因而產生加速度,又產生力的負擔了。

         武術的訓練強化我們的肌耐力,不論上樓下樓,一雙腳就能承受身體的重量,
         上樓不必用蹬的,下樓靠後腳的彎曲及重心不往前的觀念也足以讓前腳穩定落地,
         因此產生最小的加速度,身體承受的力量也最小。


7. 結語


         中國傳統武術是博大精深的,融合形、力、氣、意四個意相而相輔相成,
         而牛頓運動定律只在力的意相做出討論,所以它無法一窺中國武術精髓之全貌。
         但站在推廣中國武術的角度來看,讓平常人能看懂是一件重要的事,
         以往中國武術推展者都用神祕的面相示人,
         雖然有無限想像空間,但也只能吸引有好奇心敢勇於嘗試的少數人進入武術的殿堂,
         如果能用簡單的觀念,大家耳熟能詳的理論來介紹傳統武術,必能吸引平凡大眾多數人參與,
         參與的人多,可篩選的人才相對提高,武林高手自然源源不斷地
誕生,
         中國傳統武術自然更為全世界所視目。

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                開華教練 、陳志宗教練 與 總幹事 [ 由左至右 ] 在 2012 台北春酒會    ↑

 

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jm4331[長洪中壢家族總幹事]

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留言列表 (1)

發表留言
  • 張羽蒼
  • 鄒教練這篇真棒,不但瞭解武術用"力"的知識,同時順便復習快忘掉的物理學,一舉二得~
  • 是的, 他功力已進入 ''轉化階段''了.

    jm4331 於 2012/03/15 23:22 回覆

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