太极拳技击中的“物理”分析

徐意坤 高峰

摘 要：太极拳是中国优秀的传统武术之一，吸收了历代各武术大家的拳术精华综合而成，其健身、防身及思想意义已得到世人的广泛认可。对其套路、技击的学习和使用，前人已经总结了很多技巧方法。研究发现：前人的很多方法都是直白的文字表述和抽象比喻表达，或者是直觉型，让太极拳学习者往往无从理解或根本无法领略出其真正的含义，故将通过理论力学原理对于太极拳的借力用力、四两拨千斤、离心力、向心力等进行分析，并结合太极拳理论规律，进一步说明这些经典技击动作的运动学规律，同时再利用人体运动力学，旨在让读者更好地明白太极拳各种力的来去之道，为什么可以借力用力、四两拨千斤，怎样才能借力用力、四两拨千斤等，也让读者在练习过程中能更好地领悟太极拳技击遵循的规律。武术的提升必须要有强有力的理论科学基础，故借物理力学和人体运动力学等理论对太极拳理论体系进行补充，使得太极拳的技击更具有真实性。

关键词： 太极拳；技击；力学

中图分类号： G 852 文章编号：1009-783X（2014）04-0380-05 文献标志码： A

Abstract：Absorbing the essence of other martial arts comprehensively，shadowboxing is one of China's outstanding traditional martial arts，and its function of keeping fitness，self-defense skills，and ideological significance has been recognized by the world widely.pedecessors have summarized many methods as to how to learn and use its moves and art of attacking and defending，but this research found that the description of many previous methods are only very straightforward and sometimes with abstract metaphor，in other word，many predecessors summary is intuitive，leaving learners difficulty to understand or appreciate its true meaning.Therefore this article analyzed the Tai-ji rules of leveraging the power of rivals，moving thousand cattle with four tales，centrifugal force and centripetal force within the framework of the theoretical mechanics principle.Combining the theory of shadowboxing，the article showed the kinematics law of these classic arts of Tai-ji.At the same time，it turns to the mechanics of human motion to make readers understand the coming and going of tai-ji forces and the secrets of leveraging the power of rivals，moving thousand cattle with four tales，and how to achieve them. The article aims to let readers appreciate the art of Tai-ji and follow the relevant principle in the process of practicing.The promotion of martial arts needs a strong scientific theory，and this paper will supplement tai-ji theory system with the physical mechanics and the mechanics of human motion to make the art of shadowboxing bear more authenticity.

Keywords：shadowboxing；the art of attack and defence；mechanics

太极拳名为太极者，盖取法于易经阴阳动静之理，盈虚消长之机。运动作势，纯任自然，圆活运动如环之无端，循环往复，无休无止，气象万千，变化莫测，故名之曰“太极拳”。

太极拳在形成的过程中吸收了中国经典道家思想和中国历代武术大家的精华，同时，太极拳历代大家又对于太极拳进行不断的实践研究补充和理论创新，使得太极拳成为了现在集健身、技击为一体的优秀武术项目。中华武术的精髓是技击，太极拳当然也不例外；但是太极拳在现代很多人的心中是一项柔和缓慢的运动，练习者心中不免有疑问，柔慢之拳如何发挥技击作用？对此我们先看王宗岳《太极拳论》臆解中的一段话：“斯技旁门甚多，虽势有区别，概不外，壮欺弱，慢让快耳。有力打无力，手慢让手快，是皆先天自然之能，非关学力而有为也。察四两拨千斤之句，显非力胜；观耄耋御众之形，快何能为？”[1]378，此话前部分已经表明所谓的壮欺弱、快打慢是自然原来就存在的，而无需学出来的；但王宗岳在此却话锋一转，引出四两拨千斤之句，四两拨千斤和耄耋御众显然又是和壮欺弱、快打慢相矛盾的。显然，根据矛盾的相对论，我们可以得出这样的结论：非力胜和耄耋御众可以学出来的，但是问题产生了，太极拳是如何达到四两拨千斤和耄耋御众的目的呢？

我们进一步探究太极拳的核心理论之一 ——四两拨千斤。王宗岳修订的《太极拳打手歌》，开宗明义道，“任它巨力来打我，牵动四两拨千斤。引进落空合即出，粘连黏随，不丢不顶”[2]，这句话可能会让很多人读起来觉得意思都明白，就是以小力胜大力，但是到底怎么做却不知道或仅仅靠这一句话根本就无法理解为什么可以“牵动四两拨千斤”。凡太极拳的练习者都知道在太极拳技击、推手过程中，凡对手来力时候，受力时需或引劲于对手动作上，诱其落空，或先化后粘，逼使对方陷入不利地位，或以横拨直，改变对方劲力方向等，均属“四两拨千斤”之法；但这些方法为什么是有效的？如何用现代科学进行解释？为此我们引入物理力学和人体运动力学等科学理论，对此进行分析，从力学角度去剖析为什么可以诱其落空？在何种状态下对方才能陷入不利状态？为何改变对方劲力方向可以使得对方劲力无效？在分析的过程中将穿插太极拳的经典理论，以便广大太极拳爱好者更好地理解该经典理论和现代科学的关系。

1 力学模型及太极拳理论分析

根据引言内容，使用物理力学和人体运动力学对太极拳借力用力、四两拨千斤进行计算分析，需要建立物理模型。根据人体运动学，人体的基本形式是由上肢、头、躯干和下肢组成的多环节链状体，其形态是可以不断变化的，其关节间的自由度也是不断变化的，显然这样的多环节链状体是无法作为物理模型进行分析的。为此必须将模型进行简化处理。以太极拳论中的“立如枰准，活似车轮”理论为基础，将圆柱体作为人体的简化模型较为合适。

1.1 太极拳中力的分析

在对抗过程中，假设施力者施加了一个大小为F1（单位：N）的力，该力的方向垂直于受力者正面，即X（横坐标轴）的正方向。若受力者以太极拳对抗施力者，则将其简化成一个圆柱模型，而施力者所施加力可用矢量图表示，如图1所示。

因力的矢量图长短直接代表力的大小，故据图5可以直观看出F3≤F1，受力体施力的较小的力F3不但改变了来力F1的方向，增大了F1的大小，且作用点也随之改变，即最终力（该力已经变成了F合）的作用点转移到受力体的切点上，已经对受力体无法造成打击作用。根据作用力和反作用力定律，加载在来力者身上的力F′1=F合（其中F′1为F合的反作用力），即F合将加载在来力者身上，据惯性定律，因F合>F1，故来力者的惯性将会变大，当来力者施力达到施力的距离极限时候想要撤回该力，来力者亦需要使用大小为F合，方向和F合相反的力，增大了其后撤的难度。最终受力者施加力F3的作用主要有2方面：1）增大来力方施加力F1的效果，增大其惯性，使其更难回撤；2）改变来力方施加力F1的方向，使其作用点和受力者自身切点相重合，使其力失去作用，无法造成打击。依据太极拳的拳理理论，该来力F1不但已经被化解了，这就是“引进落空”，而且将其本想施加在受力方身上的力转移到来力者身上，且该力还增大了，这就是“借力用力”“四两拨动千斤力”。

对于第2点的作用点在切点无法造成打击很好理解，不再多述。下面将进一步讨论增大来力者自身的惯性的作用。

来力者施力F1时，施加的力是具有一个活动范围的，这个活动范围是由人体自身平衡范围决定的，根据人体运动力学原理，人体正常状态其重心投影落在支撑面的投影之内，也是人体平衡必须满足的条件，其边界值即是人体重心投影落在支撑面的边线上。当来力者达到施力距离极限时，即平衡已经到了边界值，其重心已经落在支撑面投影的边界。下面我们仍然使用模型进行分析，为使物理力学分析结果更加可信，同样也将来力者使用圆柱型模型进行简化，如图6所示。

来力者极限条件下的分析如下。

1）来力者不回撤其施加的力。根据上文内容分析，此时来力者自身亦受到F合的作用，在F合的作用下，来力者已经到了其平衡的极限值，即来力者的重心投影已经落在了支撑面投影的边线上，此时受力者只需要施加一个和F合方向相同、大小远小于F合的力F4即可以使来力者的重心投影落在支撑面之外，从而破坏其平衡临界条件使得来力者失去平衡倒地。详细分析整个过程中，受力者所施加的力均小于F1，首先根据来力F1大小和方向，受力者对此施加一个和F1成角度θ、大小小于F1的力F3，将对方来力F1化解成F合且作用点落在受力者自身的切点上而使力F1失去打击的作用。此时，由于惯性的存在，来力者仍然在一定时间内保持这种极限状态，此时受力者立刻施加新力F4，施力方向和F合方向相同、大小远小于F1和F合，破坏其平衡的临界状态，使其失势倒地，即为太极拳理的“引进落空”。太极拳名家陈鑫公所说的“拳各有界，彼引我进，我只可至吾界边，不可再进，再进则失势”的理论即是如此。

2）假设来力者到达极限后立即撤回，根据牛顿第三定律：作用力和反作用力大小相同且方向相反。其撤回力需要为F合的大小相同和且方向相反即F合，该力等于又施加在来力者身上，此时来力者将在另外一个方向达到了平衡的极限状态，同样受力方只要再施加一个和F合方向相同，大小远小于来力F1的力F5即可以破坏来力方平衡临界状态，使其失去平衡倒地，即为太极拳理的“合即出”。

例如，甲方用右拳向乙方胸部击来，乙方顺势向右转螺旋下沉，使用金刚捣锥中的第1～2动，同时右手走正圈管住甲方右手腕，左手走反圈管住甲方左肘部，顺甲方劲力，向右后将甲方棚、捋。当甲方右拳力达极限后立即撤回的同时接3～4动，顺着甲方回撤力的方向做挤、按，即体现出太极拳的“引进落空、合即出”“牵动四两拨千斤”的拳理拳法。

1.2 太极拳中能量的分析

在上文1.1的叙述中，受力者整个过程中重心都无上下移动，只是原地随着来力的方向进行旋转调整，重心高度将时刻保持不变，到底重心的稳定有何好处？通过自身姿态的调节是将自身的重心位置在合理范围内拔高好，还是降低好？历代太极名家又为何强调中正安舒”“气沉丹田”“开胯屈膝”？此节中我们将从能量守恒定律、冲量定理、牛顿第二定律等方面进行分析。

为何人体在允许范围内重心越低，平衡性越好？为此，我们引入稳定角这个概念，稳定角是重心垂直投影线和重心至支撑面边缘相应点的连线间的夹角。稳定角是影响人体平衡稳定性的力学因素。

由图8左所示，2种不同重心位置的稳定角分别为∠B1C1O1和∠B1C2O1，其中B1为底面圆的任一点，根据人体运动学研究发现当稳定角越大时，人体越平衡，且据图8右可以显然看出模型在同一倾斜角即同一打击距离的状态下，重心C2投影仍然落在支撑面投影中，而此时重心C1投影已经落到了支撑面的投影之外了，如图8右所示，且从图8左也可以看出∠B1C1O1<∠B1C2O1，故重心C2位置人体稳定性明显好于重心C1位置，由此可以得出当重心降低时可达到更好的平衡效果。

当然，除了降低重心，还可以通过增加支撑面的投影面积来保持稳定。大家可能都有这样的体验，当双脚并拢的时候被人一推很容易摔倒，而两脚开立站立时却不容易，这就是双脚开立时增加了支撑面的投影面积，故降低重心和两脚开立均可使得人体更好地平衡。

施力极限位移s随着重心的降低而增大。由上文分析可以随着极限距离s的增加，着力时间t也在变大，故根据冲量守恒定律及冲量公式P=Ft=恒量，可以得出即使较小的作用力F条件下达到相同的冲量效果。这也正是太极拳中所说的“气沉丹田”“沉肩坠肘”“圆裆松垮”等要求的作用——降重心，扩支撑面的作用。

1.3 太极拳中的“圆”

陈鑫公说过：太极者，缠丝也[3]。缠意味着转动、绕动，只有各个躯干关节的不同缠绕、转动才能既保持重心稳定又可以对来力进行方向的诱导改变，从而使来力的作用点和自身的切点相重合，达到“不顶不丢、粘连黏随，来留去送、以横打直乃至牵动四两拨千斤”的拳理拳法。为了进一步研究该问题，我们首先引入一个简易模型——球体。

球体在转动的时候不但可以将外界来力化解掉，而且自身很稳定。究其原因是：首先，无论球体如何转动，其重心都保持在球心位置不变；其次，球体的各个界面均是圆形，无论外界来力的方向如何，都能在球体上找到和来力相切的面或点，而使得来力失去作用。太极拳理论强调处处走圆弧，含胸拔背，圆裆，转膝旋踝，腰如车轴等均是根据这个转动理论而进行的。

我们在分析人体模型时考虑到人体的真实结构，不能直接将球体作为模型进行分析；但根据相似原理，我们仍然将人体简化为半径为R的圆柱体，如图9所示。

模型在旋转过程中，其向心力或者离心力（根据牛顿定律，离心力和向心力是一对作用力和反作用力，其大小相等，方向相反），大小为F高=mv2R，式中m为圆柱体质量，v为模型切向速度，R为圆柱体半径。

根据上文分析的能量守恒定律，在重心位置无变化时，E总=12mv2=定值（式中E总为总能量），再结合离心力（向心力）公式F=mv2R，可以得出当mv2=定值时，减少半径R可以增加离心力（向心力）。“己走车轴，彼走车轮”就是很好的例子：己走车轴就是很好的缩短自身的半径，使得其在一定能量条件下发出的离心力（向心力）最大，且内圆的一定角度对应的弧长远小于外圆相同角度对应的弧长，故即使在相同的切线速度状态下，走内圆的也会后发先至，从而形成了慢打快的关键所在。这也是陈鑫所论的《太极拳图谱》：“至疾至迅，缠绕回环，离形得似，何非月圆，精练已极，极小亦圆。”[1]。

2 结论

本文通过物理学、人体运动力学等角度对太极拳中的经典理论进行了力学分析，从科学的角度说明了牵动四两拨千斤和慢制快的合理性及运用时所需的考虑的要点，练习者在学习各个技击动作的过程中不但要牢记动作要点，而且要明白其中的力学原理，这样在练习中才能不断地自我修正和改进，从而提升太极拳技击水平。

首先，太极拳要遵循中正安舒的原则。中正就是身架保持端正、重心恰当，人保持在一个中正舒服的位置、不偏不倚。只有重心稳定，周身放松，才能将周身能量全部转化为动能，增加技击时冲量效果；同时练拳过程中需要不断调整重心位置，以确保在攻防过程中自身重心的投影可以落在支撑面的投影面积内，在合理的范围内增加有效技击距离而延长劲力时间，使得发出来的力连绵不绝，从而使用较小的力亦可以达到同样的冲量技击效果。

其次，太极拳攻防要讲究借力用力，始终调动对手为自己所用。具体实战过程中要求做到“粘连黏随屈伸灵，来叫顺送不丢顶，急应缓随任人变，进之愈长退愈促，仰之弥高俯弥渊”。借力用力即是得机得势，随遇平衡。在此基础上引进落空，始终控制对手。我们已经通过物理力学进行了分析，首先需要顺对方来势施加力使其改变方向，在对方强弩之末之际再施加小巧之力将其重心平衡破坏，从而达到击倒对手防御自己的效果，故在练习过程中，需要通过推手等不断练习对力的感知能力，不断调整身架姿势、公转及自转的角度和配合及开合收放的时机，最终做到“一羽不能加，蝇虫不能落。人不知我，我独知人”，达到“知己知彼，百战不殆”[1]376。

再者，太极拳循后发先制原则。强调“彼不动，己不动，彼微动，我先动”[1]，练习过程中，要求遵循轴轮原理，即己走车轴，彼走车轮，利用转动原理，缩小己方的转动半径，不但增加了我方的离心力（向心力），而且使其进攻动作路线拉长，相对缩短我方反击的距离，我方以短击长、以慢制快，后发先至。在练习过程中，手臂的公转自转、腰胯转动、腿膝的内旋外旋等之间配合角度不断调整，从而形成在面对攻击时迅速调动周身之劲，继而施力于对方，达到触其一点，万点皆应，挨着何处何处击。

参考文献：

[1]洪均生.陈式太极拳实用拳法[M].济南：山东科技出版社，1989.

[2]王宗岳.太极拳论[M].北京：人民体育出版社，1991：38.

[3]陈鑫.陈氏太极拳图说[M].太原：山西科学技术出版社，2006：47.

[4]马文蔚.物理学[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.

[5]《运动生物力学》编写组.运动生物力学[M].北京：高等教育出版社，2000.

[6]黄康辉.陈式太极拳体用全书[M].北京：北京体育大学出版社，2001.

[7]顾留馨，沈家桢.陈式太极拳[M].北京：人民体育出版社，1994.

[8]陈小旺，王东武.中国陈氏太极拳[M].郑州：河南人民出版社，2006.