Traditional Bowyers Bible

Jedno z niewielu opracowań, które opisuje praktycznie wszystkie aspekty robienia łuków i strzał. Całość składa się z 4 tomów, ponad 1200 stron, w języku angielskim.

czytaj dalej...

Fizyka łuku

Dodano: 2008-11-05
Autor: Cream

Sam temat być może brzmi groźnie, zwłaszcza dla ludzi, którzy nie mieli wiele do czynienia z fizyką. Jest jednak bardzo ciekawy i nie taki straszny jak może się wydawać – w tym artykule nie będzie praktycznie żadnych zagmatwanych matematyczno-fizycznych twierdzeń czy definicji. Nie czuję się nawet kompetentny, żeby pisać w ten sposób. Ale dla większości z czytelników – to nawet lepiej.

Czym jest łuk?


Łuk najłatwiej wyobrazić sobie jako drewnianą sprężynę. Podczas naciągania cięciwy, w łęczysku gromadzona jest energia. Po zwolnieniu cięciwy, energia jest przekazywana do strzały i przekształca się z energii potencjalnej na kinetyczną. Różne typy łuków gromadzą różne ilości energii. Różnice w zgromadzonej energii pomiędzy dwoma łukami o takiej samej sile naciągu mogą być znaczne. Aby zilustrować ilość gromadzonej energii, używamy do tego krzywej siły naciągu łuku.

Krzywa siły naciągu




Oto przykładowe wykresy krzywej siły naciągu dla trzech typów łuków: krótkiego o prostych ramionach, długiego o prostych ramionach i refleksyjny z rogami (tzw. "siyah"). Przyjmujemy, że wszystkie mają tą samą siłę naciągu i długość naciągu: 50# @ 28'' (22,5kg przy 71cm).

Najwięcej energii gromadzi łuk refleksyjny, następnie długi, najmniej krótki łuk prosty. Dlaczego tak się dzieje, pomimo, że wszystkie trzy łuki trzyma się w pełnym naciągnięciu z taką samą siłą?

Co wpływa na gromadzenie energii?


Im łuk ma większą siłę naciągu, tym gromadzi więcej energii. Jest to chyba jasne i nie wymaga tłumaczenia.

Różne siły naciągu


Dłuższe długości naciągu gromadzą więcej energii, czyli im dalej ciągniemy cięciwę, tym więcej energii kumulujemy.

Różne długości naciągu



Różny BH

Mniejsze odległości cięciwy od rękojeści (majdanu) gromadzą więcej energii z powodu wymienionego powyżej. Jeśli odległość wynosi np. 20cm a naciąg łuku 70cm, gromadzimy energię przez 50cm. Jeśli odległość cięciwy od majdanu (dalej – "BH") wynosi 15cm a naciąg tyle samo, gromadzimy energię przez 55cm. I pomimo tego, że gdy zmniejszamy BH używamy dłuższej cięciwy i siła naciągu łuku delikatnie spada, zgromadzimy więcej energii niż przy użyciu krótszej cięciwy i większego BH oraz większej końcowej sile naciągu.

Ostatnim, ale bardzo istotnym czynnikiem na gromadzenie energii jest profil łuku. To właśnie jest rozwiązanie zagadki z poprzedniego akapitu – dlaczego trzy łuki o takiej samej sile i długości naciągu gromadzą różne ilości energii.

Profil łuku i kąty cięciwy


Przez profil łuku, rozumiem kształt jego ramion, gdy patrzymy na niego z boku, np. profil prosty bądź refleksyjny. Profil ten determinuje kąty pomiędzy cięciwą-strzałą-gryfami łuku. Im kąty te są większe, tym więcej siły musimy włożyć do naciągnięcia cięciwy o kolejny cm.

Kąty cięciwy

W łukach krótkich o prostych ramionach, kąty te szybko rosną. Dlatego przy końcowej fazie naciągania cięciwy, aby naciągnąć ją o kolejną jednostkę długości, musimy włożyć więcej siły niż w początkowych fazach jej naciągania. Jest to zjawisko znane jako "sztywnienie ramion". Stąd wykres krzywej siły naciągu dla łuków tego typu wygląda tak, a nie inaczej.

Im łuk dłuższy, kąty te maleją. Zwiększa to ilość gromadzonej energii. Dlatego łuki o prostych ale długich ramionach gromadzą więcej energii niż łuki krótsze. Jest to jeden z głównych powodów, dlaczego łuki krótkie strzelają dużo gorzej niż długie.

Jednak najwięcej energii zgromadził krótki łuk refleksyjny. Dlaczego? Przecież jest krótki! Owszem, ale posiada on rogi, które znacznie zmniejszają kąty. Gdy założymy cięciwę na łuk, dotyka ona rogów na całej długości, stąd kąt pomiędzy cięciwą i gryfami wynosi 0 stopni. Ponadto na krzywej siły naciągu możemy zauważyć, że ramiona nie dość, że nie „sztywnieją”, to w dodatku zmniejsza się siła potrzebna do naciągnięcia cięciwy o kolejny cm w ostatnich fazach naciągu! Znowu zawdzięczamy to rogom. Dlaczego?


Łuk refleksyjny

Jeśli będziemy mierzyli od punktów, gdzie cięciwa dotyka ramion/rogów łuku, to łuki z rogami są krótsze we wczesnych fazach naciągania niż końcowych. Wczesna siła naciągu jest duża. Im dalej ciągniemy cięciwę, tym mniejszy kontakt ma z rogami. Rogi pełnią tutaj rolę dźwigni, obniżając końcową siłę potrzebną do naciągania cięciwy.
Poza brakiem sztywnienia (choć nie zawsze), łuki refleksyjne cechuje jedna wspólna cecha. Jako, że ramiona są wygięte w stronę przeciwną w stosunku do kierunku naciągania (refleks), trzeba naprężyć je znacznie bardziej niż w łukach prostych, aby założyć cięciwę. Im większy refleks w ramionach, tym więcej siły trzeba włożyć, żeby ciągnąć cięciwę. Ramiona wykonują więcej pracy, niż w łukach prostych. Z tego powodu krzywa siły naciągu dla łuków refleksyjnych jest często wypukła.

Energia gromadzona w łęczysku, to JEDYNA energia, która może wprawić w ruch strzałę. Im jej więcej, tym lepiej.

Energia to nie wszystko


Poza energią, ważna jest sprawność łuku. Jest to stosunek energii otrzymana do włożonej. Łuki drewniane niestety są dalekie od bycia sprawnymi w 100%. W zależności od użytego materiału, wykonania i wiedzy rzemieślnika, łuki takie mogą być sprawne w okolicach 70%. Mam tutaj na myśli łuki naprawdę porządnie wykonane, często tylko w celu osiągnięcia jak największej sprawności i szybkości wystrzału. Łuki przeciętnego rzemieślnika są znacznie mniej sprawne.

Aby zmaksymalizować sprawność naszego łuku, należy wiedzieć co ma na nią wpływ.

Masa ramion i jej rozmieszczenie


Jest to bardzo ważny czynnik. Im cięższe ramiona, tym łuk mniej sprawny. Jeszcze ważniejsze jest rozmieszczenie tej masy. Największy wpływ ma masa ramion na samym ich końcu - przy gryfach. Jeśli gryfy są szerokie i grube, nie mamy co myśleć o sprawnym łuku. Być może będzie nadawał się do strzelania ciężkimi strzałami, ale lekką strzałę pośle na niewiele większą odległość. Poza tym będzie „kopać” rękę łuczną, co jest bezpośrednio związane z dużą masą końcówek ramion. Dlatego końcówki ramion (na długości ~20cm) powinny być po pierwsze wąskie, aby zmniejszyć ich masę (ok. 5-6mm), a po drugie nie powinny się wyginać, co zmniejszy kąty cięciwy i zwiększy zapas gromadzonej energii.
Mniejsze znaczenie ma masa środka ramienia. Dlatego, jeśli inwestujemy w sztywne końcówki, można resztę ramienia zrobić szerszą, co zapobiegnie nadwyrężeniu łuku. Niewielkie znaczenie ma masa rękojeści, zwłaszcza jeśli nie pracuje.
Generalnie łuki o małej masie ramion i lekkich końcówkach są w stanie posłać lżejszą strzałę znacznie dalej niż łuki o ciężkich i masywnych ramionach. Mają większy zakres tolerancji masy strzały. Chodzi tutaj o szybkość „suchego strzału”. Im lżejsze ramiona, tym szybkość „suchego strzału” jest większa. Aby posłać daleko lekką strzałę, szybkość ta musi być większa. Natomiast cięższe strzały wymagają więcej „koni mechanicznych”, czyli po prostu dużej ilości zgromadzonej energii. Łuk o małej masie ramion i małym naciągu jest w stanie posłać lekką strzałę znacznie dalej niż łuk o ciężkich ramionach i dużej sile naciągu.

Masa i rozciągliwość cięciwy


Masa cięciwy również jest ważna. Zbyt ciężka cięciwa może znacząco spowolnić łuk. Podobnie jak w ramionach, duże znaczenie ma rozmieszczenie masy na cięciwie. Duże i grube uszy (pętle) cięciwy spowalniają łuk tak, jakby masa została dodana do gryfów łuku. Gorzej, jeśli robimy wyjątkowo długą i ciężką owijkę centralną. Wtedy dodajemy masę w najbardziej newralgiczne miejsce cięciwy - tam, gdzie zwykle znajduje się strzała. Dodatkową masę można potraktować jak dodanie masy do samej strzały. Dlatego starajcie się robić cięciwy z jak najkrótszymi możliwymi owijkami.
Rozciągliwa cięciwa to drugi problem. Jeśli chodzi o len, dakron czy fast flight, są one mało rozciągliwe. Zwłaszcza ten ostatni. Ścięgna czy jedwab rozciągają się bardziej. Cięciwy które wykonujemy techniką skręcania również rozciągają się bardziej. Ma to jednak również pozytywny skutek, ponieważ bardziej rozciągliwa cięciwa jest bardziej łagodna dla pracy ramion. Zbyt mało rozciągliwa potrafi je uszkodzić. Jeśli będziemy robić cięciwy z dobrych materiałów (broń boże nie z nylonu) i nie będziemy ich zbytnio skręcać, nie powinniśmy się tym efektem zbytnio martwić.

Histereza (tarcia wewnętrzne)


Jest to najogólniej rzecz biorąc stopień rozpraszania energii, np. gdy zrzucimy kauczukową piłkę z 10m, a ona odbije się na wysokość 8m, to histereza wynosi 20% (pomijamy tarcie powietrza i inne czynniki). Podobne zjawisko występuje w łukach, mający drgania ramion jako wspólny mianownik. Różne gatunki mają różny współczynnik histerezy, przeciętnie wahają się one w granicy kilku procent. Jest to jednak całkiem sporo. Wydaje się, że duże znaczenie mają siły kompresujące. Także półokrągły i/lub utwardzony brzusiec, suche drewno zmniejszają histerezę. Również ramiona o małej masie i lekkie końcówki ramion pomagają zmniejszyć drgania.

Zakończenie


Łuk to tak naprawdę dość skomplikowane urządzenie z punktu widzenia fizyka. Powyżej przestawiłem tylko czubek góry lodowej. Zagadnienie jest znacznie szersze, niż może się wydawać. Mam nadzieje, że znając podstawy działania łuku, wasze wyroby będą coraz lepsze.

?>echo '
';