Прежде чем продолжить о прочих чудесах философии, обговорим некоторые технические детали.
И первая деталь – из чего состоит оружие.
Для большинства людей, утверждение, что меч – весьма сложный механизм, звучит достаточно экстравагантно. Но попробуем взглянуть на него под таким углом. И не стреляйте в тапёра – он умничает, как умеет.
Любое оружие состоит из:
1. Рукояти. При этом рукоять это не только красивая штучка, но и самая важная деталь в любом оружие. Это промежуточный механизм, передающий усилия от привода к исполняющему механизму.
2. Тяж. Можно придумать много названий, но штанга или подживотник – это немного не то. Так что я выбрал тяж. Тяж – это некий невесомый и упругий стержень, который выходит из рукояти и связывает весь механизм вместе. При чём его упругость может быть бесконечной, так и нулевой.
3. Центр или центры тяжести. Это некие грузики, которые содержат ВСЮ массу. И не имеют габаритов.
4. Поражающая поверхность. Некая деталь, которая не имеет веса. Но выполняет всю работу по разрушению преграды.
Ну или по другому: Мнение М.Беренова «Оружие само по себе может двигаться поступательно и с вращением. А стало быть имеет линейные и угловые скорость и ускорение.
На него воздействуют со стороны руки (или 2 и более конечностей) некая сила приложенная в точке захвата и крутящий момент. Рука может в плоскости нанесения иметь радиальную составляющую движения и круговую относительно некоторого центра, которым мы будем условно считать плечевой сустав. А также движение в плоскости перпендикулярной к плоскости нанесения.
Оружие имеет массу центр масс, момент инерции который значительно меняется при смещении точки хвата. Импульс = произведению массы и скорости центра масс, момент импульса = произведению угловой скорости на момент инерции.
Кроме того, оружие имеет упругость, прочность, различную форму, размеры, режущие кромки и острия.» Кому как нравится. Но при угловых скоростях момент импульса что то вроде массы при линейных движениях.»
Вот собственно и весь механизм. Теперь разберёмся как он работает и начнём с рубящего удара. Что такое рубящий удар? Это инерционное взаимодействие двух тел, при котором векторы реакции и кинетической энергии близки или совпадают по направлению и противоположны по знаку. При этом происходит передача энергии от оружия к мишени, так же осевая деформация взаимодействующих фрагментов тел.
Умное звучит так: Рубящий удар - удар вектор силы которого направлен под малым углом относительно нормали к поверхности соударения. (Лежит в пределах конуса трения)
При не совпадении осей возникает такое забавное явление как отдача. То есть это такой процесс, когда ось вращения парой сил и точка захвата не совпадают. Бывает очень приятные ощущения, когда оружие отдаёт в руку. Но почему же вообще возникли такие странные идеи? Почему не остановится на варианте, когда просто взаимодействуют два точечных тела? А когда это происходит? Когда в точке удара сосредоточен центр масс. Как в булаве, топоре и прочем несметном семействе различной типологии. Чем оно характеризуется? Огромном КПД, близким к 100%, мощными именно рубящими ударами, противостоять которым могут только весьма мощные и совершенные защитные средства. То есть идеальное оружие? Действительно топор был очень востребованным оружием практически до появления скорострельного оружия. Тогда зачем весь этот зоопарк с мечами и саблями? И тут нам остаётся вспомнить историю появления топора на тропе войны. Начинался путь топора чуть ли не раньше самого человека – ещё наши предки, которых сложно было отличить от обезьян, активно применяли рубила. Что есть рубило? Это фактически головка топора, которая удерживается в руке. Зачем же тогда появилась рукоять? А затем, что при ударе действие рубила встречает реакцию опоры. И ей надо как то противостоять. Проще говоря энергия должна быть поглощена. А ведь получить удар в ладонь весьма жёстким предметом не самое приятное в этом мире. А рукоять даёт возможность рассеять энергию реакции не на костях и мышцах ладони, а на связках и мышцах руки. Камень не позволял иметь острую и прочную кромку. Хотя при КПД близким к 100% это и не особо нужно: у русских крестьян и разбойников существовал такой вид оружия, как корч. Это деревце вырванное с корнями и обожженное, что бы придать жёсткость и твёрдость корням. И этот неказистый предмет весьма успешно боролся как с кольчугами и кирасами, так и с ватными халатами и полушубками. Аналогичное, но куда более медленное в изготовлении была мочажина – молодое деревце расщепляли и в расщеп помещали кремни, мощные гвозди, осколки топоров и прочие предметы. Давали расщепу зарасти, после чего из деревца получалась эдакая боевая дубина. Причём крепление было очень надёжным. Думаю именно таким образом появился шестопёр. А если в расщеп поместить окатанный голыш, то получится предмет очень похожий на посох мага. И учитывая реальную разрушающую мощь, не удивительно, что он стал символ силы и власти. А ведь был ещё и кованный наконечник. Причём посох был символом силы именно доклинковой эпохи. Инки и те же египтяне не заморачивались, хотя не только они были столь нетерпеливы, а просто сверлили каменную гальку. Желательно близкую к кругу и насаживали их на различной длинны рукояти. После чего успешно молотили ближних и дальних этими булавами. Кстати знаменитые трепанированные черепа, скорее всего были не любителями экстремальных опытов над собой, а просто раненными в боях воинами. И тут уж стоял вопрос не в том, делать или нет, а выживет или нет. По сему так активно и смело шли на операционное вмешательство. А уж если не выжил – значит карма такой. И так по всему белу свету: пастушеский посох и гуцульский топорик, китайский кулак на рукояти и славянский клевец… Везде и всюду находим это древние – скорее всего именно дочеловеческое, оружие. Почему? Потому что просто и эффективно – против клевца не спасали не доспехи, ни щиты. Знаменитые немецкие свинцовые молоты наводили ужас, а моргенштерны – давали городской страже веские основания вступать с схватки с ночными забияками любого сословия. Так зачем же появилось остальное? А затем, что ни один смертный не может противостоять Ахиллу, но десяток смертных, хорошо координирующий свои действия в состоянии затоптать любого Ахилла, потом и Геракла похоронить, который, кстати, был так же вооружён суковатой дубиной, так же как и тысячелетия спустя Вильгельм Завоеватель. Так в чём суть? А в том, что подобное оружие требует силы и места для размаха. И если пастуху хороший размах даже на пользу, то вот для борьбы с Ахиллами и Гераклами надо держать плотный строй. Но махать длинными булавами в потном строю не так удобно, а при наличии щитов это становится вообще странно. И тут выплывает другое древнее оружие – копьё. Которое требует куда меньше места для замаха. А что с КПД? А КПД… КПД у нас как у топора, ибо центр удара и центр тяжести лежат на линии вектора удара… То есть при таком же КПД удар копья более компактный, быстрее… Более того, механизм укола идентичен удару топора. Да, этот факт как раз опровергает известный постулат о том, что закруглённый кончик клинка предполагает только рубящие удары. Давайте взглянем правде в глаза: длинна лезвия топора больше, чем ширина самого широкого клинка, вес меча больше, чем вес достоверных экземпляров боевых топоров. И удары имеют одинаковую механику. То есть с точки зрения механики это одно и то же. То есть если укол такого клинка не эффективен, то и удар топора – то же. То есть или топор не эффективен, или клинок способен нанести такие же разрушения. И ни как иначе. И ещё один щекотливый момент: можно ли нанести колющий удар топором? Как можно?! Ведь это чисто рубящий предмет… Но не с первой, так со второй попытки укол получается. Хуже того, даже метнуть можно тем же движением. Он не столь элегантен как укол рапирой, но мало отличается от укола тяжёлым копьём. Так что алебарда это именно двуручный топор, с колющим поражающим элементом. А копьё… Копьё так же может рубить – механика механизма вполне это позволяет. Но мы всё же не выяснили, зачем же вообще нужны клинковые типы оружия – ведь их КПД изначально ниже КПД рубящих и колющих типов. И вообще, как определить КПД удара клинка?
Для начала разберёмся вкратце как возникает отдача. Что это такое вообще? При ЛЮБОМ замахе происходит вращение именно в рукояти, если только тяж не имеет меньшую упругость. Но с этим случаем разберёмся позже. И так, имеем абсолютно жёсткий тяж. То есть клинок не испытывает ни каких деформаций при ударе. И имеем два вектора – удара и реакции опоры. Которые разнесены по длине тяжа. То есть они порождают, как пара сил некое вращательное движение относительно момента инерции клинка. И если ось вращения не совпадает с точкой захвата рукояти, то возникает третья сила, которая и является отдачей. Более точное математическое описание я приведу позднее. Но одним из следствий этого является расчётная точка удара прямого равномерного стержня – на 1/3 длинны от конца противоположного точки захвата. Хотя ЦТ у него по середине. А теперь взглянем на КПД. Что есть КПД? Это некое соотношение, которое показывает, какая часть энергии, которая передана механизму, превращается в полезную нагрузку. Точный математический расчёт в общем виде весьма громоздкий, требует точного знания механических свойств клинка, мишени, хотя побочным эффектом его является вывод, о том, что чем выше модуль упругости, тем КПД выше – поскольку энергия тратится не на деформацию клинка, а на разрушение мишени. Так что будем довольствоваться очень упрощённой моделью. Суть её в теории рычага. Так, если ось и вектор удара лежат по одну сторону от вектора реакции опоры, то вектор реакции тяжа, на который разлагается удар, будет МЕНЬШЕ скаляра самого вектора по простому правилу рычага – для стержня это будет ; и 2/3. А силы соотносятся как ;. То есть КПД не выше 75%. А если они по разные стороны опоры? Тогда реакция будет меньше, но разрушающая нагрузка на тяж возрастает многократно. Зачем люди придумали оружие которое ХУЖЕ того, что было? Более того, меч ещё хуже, чем прямая палка: его баланс делали на расстоянии 15 – 20 см от рукояти. То есть при стандартной длине клинка в 90 см ЦУ будет находится на расстоянии 60 см. То есть его рычаг будет в 4 раза больше, чем у ЦТ. То есть КПД близок к 25%. А вот сабля благодаря многим техническим ухищрениям – например изгибу или елмани смещает центр тяжести вперёд и по своим характеристикам куда ближе к топору, чем меч. Из чего можно сделать однозначный вывод меч не рубящее оружие. Сабля куда больше рубящее оружие, чем меч. По крайней мере он не такое рубящее оружие, как топор. У него должен быть другой механизм работы. И каков же он? Начнём с вопроса – зачем у меча смещён центр тяжести смещён к гарде? Ведь изначально это было не так – тот же копис или карт имели весьма утяжелённый кончик. Что как раз делало его мощным топором, с металлической рукоятью – самой уязвимой частью топора. Но вскоре ЦТ клинков, при чём во многих не связанных друг с другом регионах, поползли к гарде. Почему? Потому, что при встрече опоры с клинком между рукоятью и ЦТ приводит к разрушению клинка. Но это снизило КПД удара. В бронзовых мечах это было не столь уж и важно – сама конструкция крепления рукояти предполагает именно колющий удар клинком. Но потом рукоять стала прочнее и меч стал рубящим. Но ЦТ если и сместился вперёд, то далеко не всегда и далеко не везде. И даже если сместился, то не сильно. И как же был решён вопрос с низким КПД? А решён он был просто, пошло и элегантно. За счёт механизма отдачи. Точнее механизма обратного отдачи. В чём суть? Суть проста: клинок удерживается перпендикулярно радиусу вращения. В результате вектор тяги и инерции клинка совпадают. Нет ни каких рычагов, потерь и прочих несуразностей и сложностей. Это позволяет делать замах просто и естественно. Но вот на последнем отрезке добираем кистью, а руку тормозим. К чему это приводит? А к тому, что изменяется рычаг момента импульса. А он обязан сохранится. И что получается? А получается то, что клинок просто вынужден ускорится. И если точно подобрать параметры, то можно разогнать клинок до скорости, которой не могут дать просто мышечные усилия. Похожий механизм у кнута: взмах рукой, доработка кистью и… И кончик кнута переходит звуковой барьер. И импульс совпадает по оси с импульсом отдачи. То есть из ситуации перетягивания рычага получаем замечательный своей простотой вариант удара топором. И при этом всё лишено его недостатков – нельзя сломать клинок, как топорище, попав на край щита. Что самое забавное – этот механизм работает и для топора и для ножа. Вот и весь фокус. А так же теперь понятно, как ж действует кистень? Да так же, только есть ещё одна кисть в виде верёвочки. А так, всё как и с мечём. И при правильно выполненном ударе КПД его так же близок к 100%. И ни каких странностей с центром тяжести – если кувалда ещё можно представить в виде летящего плашмя бревна, то клинок всегда движется по кругу и тут возникаем момент импульса. Собственно есть ещё один вариант использования меча: удар БЕЗ подхлёста кистью, но при перпендикулярном клинке, зажатом в кулак. При этом проекция тяжа так мала, что центр тяжести совпадает с точкой захвата. И отдачи нет вообще. Вот именно по этому ЦТ меча смещали к гарде. Вот и вся тайна. Но меч не рубящее оружие. Хотя им можно нанести рубящий удар. А зачем же тогда елмань сабли? А затем, что для режущего удара необходимо усилие по прижатию клинка, для компенсации выталкивающего усилия. И если мечом это сопротивление преодолевается давлением кисти, то сабля за счёт инерции елмани. Да, это делает рубящий удар более эффективным, но затрудняет укол.
Есть ещё два вида удара. Точнее крайние варианты. Так. если нанести мощный маховый удар на пределе досягаемости, то удар будет нанесён самым кончиком клинка. Который у той же сабли обычно загнут сильнее. Чем остальной клинок, что опять же повторяет вариант рубящего удара. Чем он хорош? Тем, что скорость клинка максимальная и таким способом можно рассечь мягкие мишени, которые рубящий удар просто сминает. Но при наличии металлических доспехов этот удар просто соскальзывает. Этот вариант называют секущим ударом. И он наиболее эффективен именно для длинного оружия, которое позволяет достичь максимальной скорости движения.
Второй вариант это хлещущий удар. То есть преимущественно кистевой удар, при котором клинок всей плоскостью, нанося очень длинную. Но не глубокую рану. Хотя это зависит от остроты клинка – той же катаной такой удар может даже без протяжки весьма серьёзную. А уж если протянуть, то и пополам можно развалить.
Зачем я это привожу? Что бы показать, что я самый умный? Нет. Просто я люблю говорить на одном языке. Потому и стараюсь высказать определения. Да, я привожу простейшие факты из школьной физики и теории машин и механизмов. Я ни одно уравнение не изобрёл, не сформулировал ни одной идеи. Это действительно просто формальность. Но мне надоело читать в весьма интересных статьях оригинальные пассажи про физику:
«Важным понятием для рубящего удара является центр удара. Это точка оружия, относительно которой момент импульса оружия при соударении равен нулю. Т. е. выполняется условие равновесия рычага.»
При соударении момент импульса не может быть равен чему то. Это некая упрощённая модель кинетической энергии вращающегося тела. И если при соударении он равен нулю, то это значит только одно: вся энергия передана преграде. И момент импульса может быть только относительно оси вращения.
« При поступательном движении оружия центр удара совпадет с центром масс.»
Это, конечно интересно, но центр удара больше зависит от геометрических параметров тела, чем от его центра масс: так при вращении вокруг оси симметрии кольца и диска одной массы, а значит и одинаковых центров масс, их энергия очень сильно не совпадает. А при ударе возникает некое вращение относительно некой оси. И центр удара всего лишь точка при ударе в которой ось этого вращения и точка захвата совпадают. Или другой вариант: закрутим две одинаковые кувалды. Только одну вокруг оси, проходящей через центр головки. А другую вокруг через конец рукояти. Скорость совсем одинаковую сделаем. А потом сведём их в одной плоскости. И разницу между центром масс и моментом инерции выявится во всей красе.
« При центре вращения в точке захвата для однородного стержня, удерживаемого за конец, центр удара ляжет между 0,6 и 0,7 расстояния от точки хвата до конца оружия (центр масс естественно - 0,5). (Желающие узнать его точное положение могут решить несложное интегральное уравнение, но на практике такая точность не требуется).»
Для однородного стержня это 1/3 от свободного конца. И вычисляется это разными способами, но вполне доступно на уровне школьной арифметике. А кому лень – могут заглянуть в справочник.
« При удалении центра вращения (переносимого в локоть, плечо и т.д.) центр удара несколько смещается в направлении центра масс.»
Центр удара ни куда не смещается вообще – для этого прочность удержания и закрепощения лучезапястного сустава должна быть сравнима с прочностью клинка. Я восхищаюсь мощью рук некоторых атлетов, но не думаю, что это частое явление. Центр удара зависит только от ближайшей оси и ни от чего более. Изменить его можно в оружии типа кутара – его привязывали к предплечью. Вот у него ось вращения при отдачи могла бы быть в локтевом суставе. Но им в основном кололи.
« При использовании возвратного усиления, как радиального, так и кругового, центр вращения может сместиться за кисть, и центр удара еще немного сдвинется к концу. Это увеличит мощность контакта на конце но ослабит общую кинетическую энергию удара. Подобным образом может наноситься другой тип удара - клевковый. Стоит отметить что чем сильнее смещен центр масс к свободному концу тем слабее выражен этот эффект. Для дробящего оружия вроде булав и топоров он практически бессмыслен.»
Если честно, то я совершенно не понял эту великую мысль мастера филиппинских боевых искусств. Я даже не понял, как можно уменьшив кинетическую энергию увеличить мощность на конце клинка?
«Понятно, что положение центра удара зависит от положения центра тяжести.»
Если честно, то тут центр тяжести нужен так зонтик в бане: импульса момент – это среднее всех моментов импульсов всех точек относительно данной оси. И центр тяжести тут крайне излишен.
И такой бардак встречается постоянно. При этом мне очень интересен автор. Но не трогайте физику – это святое.
Но мы так и не поняли для чего все эти сложности?
Попробуем пробежаться по истории меча.
Меч яростного Ахилла был коротким и бронзовым. Та же картина была и на территории будущего Китая. И предназначался он для свалки. То есть это было подсобное оружие, вроде ножа. А отнюдь не оружие воина в сияющих доспехов. Им было копьё. А мечём добивали поверженного врага. Та же картина была и в Китае. И было так до римлян. Римляне первыми сделали меч строевым оружием. То есть активно применяли его как основное оружие. И в войнах с наследниками македонской империи продемонстрировали превосходство меча над македонской саррисой. В чём преимущество? В том, что мечники прорывались в ближний бой, где длинные копья были не эффективны. То есть они могли наносить удары, а им – нет. Но меч римлян был укороченным копьём, приспособленным для нанесения рубящего удара. Фактически повторилась история топора, который позволял успешно разрушать стену щитов противника. Но при этом самим секирникам держать стену щитов либо не получалось, либо она была не столь плотной. У мечников же получалось держать плотность строя на уровне копейщиков, при этом активно действовать своими укороченными копьями. Нечто подобное создали зулусы. Которые вместо мечей использовали именно короткие копья ассегаи. При этом механика удара что мечём, что копьём была сходна. Сходная с броском копья. Римляне противопоставляли этому щиты второго ряда. Которыми прикрывали первый ряд. По сути бой вернулся на стадию македонской фаланги, когда два строя толкались копьями. Легионы толкались щитами. Потом стену щитов выстраивали и саксы, и викинги, и франки… Далее рыцари и швейцарские пехотинцы. В общем пока были щиты, тогда и была стена из них. И везде впереди шли мечники. И везде мечник был героем. Идущим впереди, первым встречающий врага и защищающих других. На просторах Китая всё было куда сложнее. Пройдя путь от короткого тяжёлого ножа до полноразмерного клинка ещё в бронзовый век, уже в захоронениях глиняной армии видим великолепные бронзовые метровые клинки, причём как утверждают китайские археологи они до сих пор в прекрасном состоянии. Сохранили остриё и упругость. Более того, как они утверждают, у клинков есть градиент содержания олова по объёму клинка и есть присадки молибдена. То есть это клинки из бронзового аналога булата. Далее клинки стали делать из стали. Причём бронзовые клинки долго превосходили стальные. Но потом стальные резко добавили и стали монополистами. После чего они разделились на два типа – прямой цзянь и изогнутый дао. И техника работы тем же дао была не совместима с цзянем. Но был ещё один регион, где меч был особым. Корея и Япония, где вполне корейский меч катана стал национальным символом японцев. Но он был не рубящим, а режущим. Ибо предназначался для рассечения кожаных доспехов. И в Японии не использовали щитов. Точнее почти не использовали. То есть фактически мы видим четыре основных центра развития фехтования мечём: Индия, с великолепной традицией производства клинков, рейнский регион, клинки которого продавались даже в Багдаде, Китай, со своей традицией изготовления оружия, и Корея – Япония. Да потом возникнут новые центры, но они уже будут опираться на опыт этих первых.