问题

箭的尾部为什么要插入羽毛?

回答
你这个问题问得好,而且非常细致!很多人看到箭,都会想“这箭杆后面怎么插着几片羽毛,有什么用啊?”其实,这几片羽毛,说它们是箭的“灵魂”一点都不为过,它们对箭的飞行至关重要,甚至可以说是古代弓箭手能准确命中目标的关键之一。

咱们得从头说起,这得追溯到人类最早使用弓箭的时候。

最早的箭,也许并没有羽毛

想象一下,最最古老的箭,可能就是一根削尖的木棍,或者带着石头、骨头做的箭头。射出去会怎么样?只能是个“直挺挺”的直线,而且非常不稳定。风一吹,它就容易飘忽不定,打个比方,就像你扔一块石头,它在空中晃晃悠悠的,能不能精确落地,很大程度上看运气。

羽毛的出现,是智慧的结晶

后来,不知道是哪个聪明的猎人或战士,发现了在箭杆尾部加上东西,能够让箭飞得更稳、更准。最容易获得、也最合适的材料,自然就是鸟的羽毛了。

那么,羽毛究竟是怎么工作的呢?

这就要从空气动力学说起了。虽然古人未必懂这些复杂的科学术语,但他们通过实践,掌握了其中的奥妙。

1. 提供稳定性,让箭“稳住”

类似飞机的尾翼: 你见过飞机或者火箭后面的尾翼吗?它们的作用就是稳定飞行姿态,防止飞机在空中打转或倾斜。箭尾的羽毛,扮演的就是类似的角色。
“舵”的作用: 当箭在空中飞行时,如果箭杆本身有任何一点点不均匀,或者风吹过来,都可能导致箭体发生偏转。羽毛就像是箭的“舵”,它们通过与空气的接触,产生一种“纠偏”的力量。
定向的“小翅膀”: 通常,羽毛是稍微有些弯曲的,而且会以一定的角度(称为“上弦角度”或“扭曲”)固定在箭杆上。当箭向前冲时,空气流过羽毛,会产生一个向外的推力,这个推力会迫使箭杆绕着其中心轴旋转。这种旋转,就像陀螺一样,能极大地增加箭的稳定性,让它在空中保持一个稳定的飞行方向,就像一个旋转的陀螺,比不旋转的更容易保持平衡。

2. 引导气流,提高精度

减少阻力: 羽毛的形状,尤其是中间那根“羽轴”,以及羽毛的薄度,能够非常有效地引导空气流过箭杆。合理的羽毛排列和形状,可以尽量减少空气阻力,让箭能够飞得更远、更快。
“螺旋升力”: 刚才提到的羽毛的扭曲角度,还有一个更重要的作用,就是产生一种“螺旋升力”。当箭在空中旋转时,羽毛上的气流也会产生一种微妙的力,这个力能够帮助箭在飞行过程中修正弹道。想象一下,如果箭稍微向上倾斜一点,羽毛产生的力就会把它“拉”回正确的轨道。这个过程非常精妙,让箭的飞行轨迹更加可预测,从而提高了命中率。

3. 固定箭羽的方式也很讲究

三片羽毛最常见: 你会发现,大多数箭尾插的是三片羽毛,而且是等间隔分布在箭杆上的。为什么是三片?因为三点才能确定一个平面,这三片羽毛合起来,就能形成一个稳定的“稳定翼面”。如果只有两片,稳定性会差很多。四片会增加不必要的阻力和复杂性。
“插”的艺术: 羽毛是直接插进箭杆尾部吗?有时候是,但更常见的是在箭杆尾部劈开一条缝,然后把羽毛的羽轴(中间那根硬的杆)插进去,再用细线(比如麻线、动物筋)紧紧地缠绕固定,有时候还会涂上天然的胶水(比如树脂)。这种固定方式既牢固,又能保持羽毛的完整性和角度。
羽毛的选择: 并不是什么鸟的羽毛都能用。通常会选择中间体型较小的鸟的羽毛,比如鹅、鸭、隼。这是因为它们的羽毛相对平整、有韧性,而且中间的羽轴大小适中,容易固定。更重要的是,要选择同一只鸟身上、同一侧翅膀上的羽毛。这样可以保证羽毛的弯曲度和厚度基本一致,才能发挥最大的稳定性作用。

为什么不直接用塑料或金属?

在古代,除非有特殊情况,否则自然界的材料是最容易获得的。而且,经过千百年的实践,人们发现羽毛在稳定性、重量、制作工艺以及对箭飞行影响的精妙平衡上,是那个时代最理想的选择。后来的复合材料和现代工艺,当然能做出更完美的稳定翼,但羽毛在它出现的时代,已经是非常“黑科技”的玩意儿了。

所以,你看,箭尾的那几片羽毛,可不是随便插上去装饰的。它们是古人与自然搏斗、不断摸索和积累智慧的结晶,是让一支粗糙的木棍变成致命武器的关键所在。下次你再看到弓箭,不妨仔细看看那几片小小的羽毛,它们承载着历史、智慧和生命。

网友意见

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巧了,我今天刚做了个实验。


我今天早上收拾院子发现了一根很好看的树枝,心血来潮就想做把弓箭,于是我花了一上午的时间做了这把弓。


工艺很糙,因为毕竟第一次做木工,弓的制作组也是上网现瞥了一眼,于是就刀刮了一遍木头,砂纸又磨了一遍,弓两头的凹槽只砍了粗的那头,另一边直接用绳子绑在小枝上也不会乱动,就没挖凹槽。

也不敢用火烤,怕把院子点了,于是就手工扳造型,差不多扳成合格的形状,就勒弓弦了。

我怕弹性不足,就按着复合的思路,在中央部位前段紧紧绑上两根一次性筷子,用的是装箱用的塑料绳,贴合得相当严密。之后用纱布缠好握把位置就完成了。

拉了拉,不是很紧,但是弓身弹性是够的。于是开始想怎么做箭。

最后我从小区路边找了两根够长够直的树枝,把枝干和底部磨平,冲刷晒干,大概一顿饭的功夫就弄完了。

其实说直也没那么直,不过好歹不是烂木头,挺实在的,而且打磨得也挺光滑了,就差个箭羽,想着射出去效果应该还不错吧。

https://www.zhihu.com/video/1133767479796121600

虽然料到不存在穿透力和稳定性,但是这个真的是歪的可以,基本刚出手就横着了。

其实本来我就玩玩觉得无所谓,但是一躺下看知乎就看到这道题(知乎监控真可怕)。

于是我就想,是不是加个尾羽会好一点?可是我家没有羽毛呀!不过这个难不倒我…


我把家里的开锁公司名片给撕了,于是就有了如上图的箭羽。

那射出去什么样呢?

可以看到比上次稳了点,但是还不够,我就寻思是这个尾羽太散漫了吗?要不黏在一起?

然后射出去效果很差,总是打弓把,于是我干脆改姿势,把箭搭在外侧:


https://www.zhihu.com/video/1199951738192789504

可以看到,第一次被吹飞,第二次打手,第三次改了姿势才射出去(其实还有更多次没录的都跟一二次一个情况),不过第三次明显弹道笔直。

后面我就想,这玩意得从原理入手啊,尾羽不就是一个定风舵加一个自旋效果吗?不如我再改装一下让它自旋起来:

…没办法手工就是这么糙…不过基础构造对了应该就没问题吧…

于是试出来是这样的:

https://www.zhihu.com/video/1133778380108431360

你看到了吧,完全的水平,虽然因为弓箭材料问题加上我手打滑,射速并不快,但是很明显拥有四尾羽后稳定性大大提升。


最后,我一定要声明,我可是个守法公民哦,该弓箭不存在任何杀伤力各位都看见了哦!真的是纯粹为了科学哦!

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我相信,最初的箭是没有箭羽的。只是一根磨尖的,光秃秃的树棍。


但随着使用率的普及,人们渐渐发现一个问题:箭射出超过10米后准头就没得看了。最后射到哪完全看缘分。绝大多数人认为这种武器就这样,大家都这么用。只有少数人会纠结“为什么10米内有点准头,10米开外就成了随机分布了?”


这些人当中有那么几个脑袋灵光的,开始研究关于箭飞行的原理。最终有人发现一个规律:射箭时顺风射的远,逆风射的近。为什么会这样?有人开始认真思考箭与风的关系。


没错,空气跟水流一样!也是有阻力的!朴素空气动力学诞生。


古人没有高速摄影机,也没有风洞。要发现风的秘密并不是一件容易事。(实际上,现代人想理解也并不容易)所以我个人推测:箭羽实际上是在一个偶然的情况下诞生的。可能是从鱼的尾鳍中获得灵感,也可能是从飞舞的树叶中获得灵感。总之,人们发明了箭羽。


箭羽的原理,本质上是利用了杠杆原理和空气阻力实现的“不倒翁式”风阻修正。其实做个示意动画就一目了然了,但做这东西太麻烦,我就尽量用语言表达出来。


找一张长纸条。平放面前,用手捏住一端,使劲吹气。你会发现长纸条被你笔直的吹起来了。


很多人知道这个现象,但未必知道原理。如果用高速摄像机拍下你吹气的过程,你就会发现纸条不是从疲软态一下被你吹硬的。而是剧烈的上下抖动,幅度越来越小,频率越来越快。最终保持在一个极高频率极小振幅的稳定状态。怎么样?是不是有点像波长的特征?跑题了,箭羽的原理就是如此。


一只完美的箭,需要将重心调整至箭的中心偏前。箭头要有流线造型降低风阻,尾端设置箭羽用来在“特定情况”下提升风阻。


那什么是特定情况呢?气流笔直向后的时候当然不算特定情况。因为绝对垂直下箭羽不起作用(且自然环境下气候和工艺也达不到绝对垂直)。只有当气流不稳定,上下左右倾斜的时候,箭羽才会产生对应大小的风阻,给箭一个反作用力。这样箭就不会被吹的越跑越歪最终失控,而是疯狂左右打轮逐渐稳定。就像你大力推一个不倒翁,通过重心的杠杆作用,引力也会给你一个同样大小的反作用力晃回去。


说的再通俗点:箭羽就是利用风阻,将整支箭变成不倒翁。一边摇晃一边前进的。虽然因为风阻牺牲了一点动能,但提升了弹道稳定性。要知道箭只有笔直插入的时候动能传递最有效率。稍微斜一点效果就如同倾斜装甲跳弹了。


有人可能会问:一支箭也就四片甚至三片箭羽,但气流的方向可是矢量的,有无穷个方向。四个方向兜不住啊。


你算是问到点子上了。而且古人也发现了这个问题且解决了。解决方案就是做两种箭羽。如果对精度没那么高要求,就用直羽。精度差动能损失小。(其实这是主流需求)如果你是强迫症患者,就用螺旋羽。利用风阻让箭在飞行时旋转起来,这样就能完美兜住各种方向的气流了。但代价是动能损失很大,射程短侵彻力小。


至于制作工艺,参考其他答案。

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