洪式太极拳中的机械原理漫谈（上）

孙华

编者：本文所说的“机械”一词，源于英语mechanics。在英语中，mechanics多义，既可释作“机械学”，也可释作“力学”、“结构”等。汉语中没有同它对等的多义词。在19世纪50年代，该词作为研究“力的作用”的学科名词传入中国时，被译作“重学”，后来改译作“力学”，一直使用至今。英语mechanical即“力学的”和“机械的”，而现代汉语中“机械的”又可理解为“刻板的”，这种不同语种中词义包容范围的差异，有可能对我们正确理解本文产生一些反感。因而在此特别说明，本文的“机械”一词，仅为力学含义之阐述。

为阅读此文，编者临时抱佛脚，特翻书抄来几个概念与读者诸君共享，希望对大家有用：

1、力学是研究物质机械运动规律的科学；机械运动是物质运动的最基本的形式，机械运动亦即力学运动，是物质在时间、空间中的位置变化。

2、力学可与其它学科产生交叉和融合，因而形成了许多力学交叉学科，生物力学即是力学与生命科学交叉而形成的。

3、生物力学乃是采用力学的理论来研究生物体内物质运动的学科。而运动生物力学则是应用力学原理和方法研究生物体的外在机械运动的生物力学分支。运动生物力学的任务是研究人体或一般生物体，在外界力和内部受控的肌力作用下的机械运动规律，它不讨论神经、肌肉和骨骼系统的内部机制（按照力学观点，人体或一般生物体的运动是神经系统、肌肉系统和骨骼系统协同工作的结果。神经系统控制肌肉系统，产生对骨骼系统的作用力以完成各种机械动作），后者属于神经生理学、软组织力学和骨力学的研究范畴。

引言

机械原理，是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的结构、受力、质量和运动的学科，是机械类专业的基础学科。机械原理中的“机械”二字，是一个广义的概念，不应只将其理解为工业生产中轰鸣的机器，而应该是对客观事物构成及运动模式的抽象，因而其研究对象虽然是机械，但所研究的内容却是机械的基本理论问题，因而具有普遍的指导意义。

洪式太极拳从创立之初，一直秉承着敢于试验，勇于探索，去伪存真的科学态度，取得了令人瞩目的成就。洪式太极拳是一门技艺，也是一门人体运动的科学，人体虽然复杂，但只要从功能层面切入，分析其中的道理却也并非难以入手。在对洪式太极拳理法的研究中，由于涉及到了结构与运动之间的关系，作为基础理论性的“机械原理”，无疑可以给予我们很多启发和帮助。

在这里，笔者便根据自身对机械原理的认识，并结合跟随李驻军先生学习洪式太极拳的切身体会，谈一谈机械原理在洪式太极拳中的一些体现，希望可以为更好的研究洪式太极拳，起到抛砖引玉的作用。

一、机械效率

在机械研究领域中，人们非常重视驱动功（输入功）与有效功（输出功）二者的比值，这就是机械效率。机械效率越高，说明在相同的驱动功下，“产出（输出功）”会更高，机器的素质也相对较高。太极拳对力量的运用非常的讲究，十分重视这种投入与产出的衡量，一招一式都在“精打细算”，争取用最小的驱动力，产生最大的效果。

在教学中，李老师经常会让学生们全力去控制他的身体，只见李老师轻轻一转，我们便东倒西歪，甚至飞了出去。李老师用这种方式，时刻提醒着我们运动规律正确性的重要。这其间固然有技巧的成分，但“轻轻”一转便产生如此显著的效果，只靠技巧是绝不可能做到的，但这却说明了一个事实：李老师的整个身体，是一部高效的机械装置，机械效率非常的高。

因为机器的运动方式是人为事先设计好的，通常不会出现异常，且由于所做的事情比较单一，所以在运转时，功的损耗主要是在摩擦上。人体则不同，由于其结构复杂，而技击时状况也是瞬息万变的，因此功的损耗方式也很多，这里不仅仅有内部筋骨带膜的阻力，如果结构重组的不合理，会使自身劲力发生矛盾而产生的损耗，甚至会出现无法驱动的现象。要想减少这种损耗，除了抻筋拔骨的训练外，还一定要在动作的规范性上下大功夫，才能逐渐把自己的身体打造成一套运作高效、合理的机械系统。

很多习练太极拳的朋友，不大重视拳架的规范性，觉得差不多就可以了，而却将更多的精力花费在所谓的“找感觉”上。而事实却是：当和对方真正试起手来时，所谓的“感觉”全都跑到九霄云外去了，甚至练招架之功都没有。要知道，拳架中每一个动作都不是凭空编造出来的，而是经过无数次的实践才提炼总结出来的，它们凝结了先辈们的心血，其中蕴藏着高效、合理运作方式的，是拳学之载体。李驻军先生曾说：“动作的规范和标准可以产生强大（预期）的力量，从而达到技击（技术）所需要的理想效果。”没有经过严格的训练，身体的间架结构和运作方式不可能达到技击的要求，更何况太极拳的技术是十分精细的，可谓失之毫厘，谬以千里。不重视拳架规范性，是舍本求末的做法。

二、机械自锁

有些机械，就其结构来看，只要有足够的驱动力，应该能够沿着驱动力的作用方向运动。而实际上由于摩擦的存在，使得无论这个驱动力有多大，都无法让机械运动起来，这种现象就叫做机械的自锁。

从名称上来看，机械自锁似乎都是有害的，其实不然，自锁现象在机械工程中有着广泛的应用，例如千斤顶的不回落，弹簧门的不回弹，车床刀头的不回缩等，都是利用了机械自锁的特性。自锁现象都有哪些情况？和太极拳又有什么关联呢？下面我们就来了解一下两种典型的机械自锁形式：移动副自锁和转动副自锁。

图1为滑块1和平台2组成的移动副（见图1）。设F为作用在滑块1上的驱动力，它同垂直于平台的法线夹角为β（传动角），摩擦角为φ，即摩擦系数为tanφ。设驱动力在x轴方向的分力为R，在垂直方向的分力为Fn。那么，Ft=Fsin β=Fntan β是推动滑块1按x轴运动的有效分力。而Fn只能使滑块1压向平台2，由于摩擦角的存在，它所产生的最大摩擦力为Ffmax=Fntanφ。下面我们来比较一下Ffmax和R，即比较Fntanφ和Fntanβ之间的大小。很明显，只要能够保证β≤φ，无论驱动力有多大，都不可能让这个滑块与平台之间产生相对运动，这就发生了自锁现象。

我们知道，任何机械要想稳定而有力的运转，都需要一个牢固的机架。武术运动也是如此，下盘稳固，上盘才能灵活有力。因此，这个原理在洪式太极拳中有着非常重要的意义，我们试想一下，脚就是上面所说的滑块，地面就是平台，驱动力就是小腿对脚的压力，那么根据上面的道理，只要能够保证小腿与地面的角度不超过摩擦角，那么沿着小腿的方向，无论对脚施加多大的压力，都不会出现打滑，这种情况在洪式太极拳中称作“蹋住劲力”。

洪式太极拳最忌讳膝盖的摇摆不定和无故的跪膝，除了因为膝盖容易受损伤外，更重要的是会导致驱动角大于摩擦角，进而使得脚在地面上开始滑动，失去根基。因此，并不是说蹲得越低，膝垂得越厉害，脚下就会越稳固。李驻军老师在教学过程中，从不要求我们刻意下蹲，而只要求我们学会蹋住劲力。有时候，我们会去体会李老师“千斤坠”的神功，只见李老师用了一个很小的步子站在那里，而我们在他身上无论是缓缓加力还是猝然发力，李老师都是站在那里岿然不动，泰然处之，生动地印证了上面的道理。这种生了根之后所产生的支撑力，是符合牛顿第三运动定律的，即你给他施加多大力量，他便同时返回给你多大力量，具有自动调节的能力。

这个摩擦角的大小取决于鞋子与地面的粗糙度，一般来说，接触面越光滑，摩擦角就越小，小腿的可调节范围也越小；接触面越粗糙，摩擦角就越大，小腿的可调节范围也越大。但如何调整这个角度却是要根据实际情况而定。洪先生将膝盖比作秤砣，当蹋住劲力的那条腿所承受的力量变大时，膝盖便往下松垂，起到平衡的作用。其中的道理是这样的：由于对方向我身上施加的来力，在水平方向上的分力通常比较大，如果我仅仅是垂直站在地面上，地面给予我的支撑力在水平方向上的分力为零，无法与之抗衡，因而会被对方推出。如果我使小腿与地面呈一定角度，那么地面给予我的支撑力在水平方向上便有了分力，且角度越小（膝盖向下松垂的越多），分力越大，也越能平衡来力。当然，在这个过程中不能破坏驱动角和摩擦角的不等式关系，否则即便不会倾跌，脚下也会出现滑动。

接下来我们再来看看自锁的另一种情况。图2所示，轴颈1与轴承2组成了转动副（见图2），设有径向载荷G作用于轴颈，轴颈1在驱动力矩Md下在轴承2中匀速转动。因其摩擦圆的半径为p，所产生的最大摩擦力矩为Mrmax=Fp。比较一下驱动力矩Md和最大摩擦力矩Mrmax，即Fa和Fp的关系。我们同样可以看到，只要能够保证a≤p，无论载荷G有多大，轴颈都无法在轴承中发生转动，这也是自锁现象的一种，车床上的偏心夹具正是利用了这个原理。

转动副的自锁，在洪式太极拳中也同样有着广泛的应用。比方说在发放对方时，我方将力量一瞬间作用在对方的身上，此时便可将对方的躯干看作一个轴颈，因对方也存在着一个摩擦圆（这里的摩擦，应看作对方身体内部的转动阻力），这个作用力只要不超过摩擦圆的范围，对方就难以通过转动的方式来化解我的力量，从而被发放出去。也正是这个原因，我们所施加的作用力，通常都要对准对方的中轴线，使其难以运化；而作为防守的一方，也要千方百计防止对方将力量作用在我的摩擦圆内部，二者是一个相互的关系，充分体现了太极拳“守中用中”的技击理念。

此外，“直来横拨，横来捧压。”的接手原则，从局部分析来看，是一种杠杆原理，但其实也可归为机械自锁的范畴。还有一些手法上的运用，也是机械自锁的运用，我们将在连杆机构一节中继续提到。

三、机械平衡

有些机械由于设计的问题，其构件在运转过程中会产生不平衡惯性力，进而产生机械振动，不仅损耗了驱动功（专门用于产生振动的机械不在此例），也降低了装置的稳定性，缩短了装置的使用寿命。同样，人体的运动机构也存在着这样的问题，在做一些特定动作时，如武术中的发力动作，当出现了上述的不平衡惯性力，便很容易出现立身不稳、躯干振动的现象，而最后到达着力点上的劲力也会大打折扣。

在机械领域，针对这个问题已经早有研究，这就是机械平衡理论。机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡以消除或减小惯性力的不良影响。而作为凝结着前辈们智慧结晶的洪式太极拳，在此方面虽然没有系统的论述，却也有着其独特的解决方法。下面我们就结合着机械平衡理论来看看，两者之间有着怎样的异曲同工之妙。

绕固定转轴回转的刚性转子，是研究机械平衡的典型模型。我们先看一下图3，当转子的轴向尺寸较小时，可以近似认为它们的质量分布在垂直于其回转轴线的同一平面内。如果质心不在回转轴线上，在转动时，其偏心质量便会产生惯性力。对这类转子进行平衡时，同常是在转子上增加或除去一部分质量，或者改变每个偏心质量的转动半径，使其惯性力得以平衡。

人体最大的轴心便是我们的脊柱，躯干在高速转动时，人体极易出现不平衡的现象。洪式太极拳中的“掩手肱捶”一式，正是这种盘状转子平衡的典型例子。掩手肱捶的运动过程是这样的：在蹋住劲力的情况下，腰裆瞬间发动，使整个躯干产生高速旋转，而这种转动通过肩部，又带动起两臂。按照技法的要求，此时两臂要合住这股劲，不仅如此，还要将右臂的螺旋前冲和左臂的肘击的冲力，同这股旋转力合在一起。如果两臂配合的不好，便会使整体质心产生不平衡的惯性力，不仅会使躯干产生晃动，左肘与右拳的打击力也会大打折扣。因此，在练习掩手肱捶的发力时，如果出现了上述情况，就应该在两臂回转半径变化的时机上下功夫（手臂的质量当然无法改变），并努力控制住中线，使其不发生偏移，这样一来，腰裆所产生的驱动力，才不至于损耗在克服不平衡惯l生力所产生的振动上。

如果转子的轴向尺寸较大时，偏心质量便不能看作是分布在同一个平面内了，图4所示的曲轴便是一例。在这种情况下，即使转子的质心在回转轴线上（图中的点S），但由于每个偏心质量所产生的惯性力不在同一回转平面内，因而会形成惯性力偶，致使整个机构依然是不平衡的，而且这种不平衡只有在旋转时，才会体现出来。

在洪式太极拳中，也有很多这样的情况，比如“闪通背”最后一个动作，以左腿为轴心，左臂和右腿便形成了类似图中的一对转子。在练习时，两者如果在回转半径和力度上配合不好，同样会出现立身不稳，威力不足的问题。练习拳架的时候是一种情况，在对方身上运用的时候又是一种情况，当我方用左臂搭在对方右肘上施以捌摔时，相当于增加了左臂转子的质量，那么右腿的转子就一定要进行相应的调整，适当增加右腿的回转半径和后扫力度。

另外，还有一些轻微转动或不转动的情况，这时候便不称作转子了，只需运用杠杆的平衡原理即可，如“右擦脚”的最后一个动作，“护心捶”的第三、第四动作，后手都是用向后方伸展的方式，来平衡前手或前腿所产生的不平衡贤陛力。

写到这里，突然想起洪先生在《太极拳推手的求实、求真》一文中写道：“各式太极都以圆为高，陈式则要求螺旋前进的缠丝劲。在各拳论中从未提出‘弹抖二字，自从沈家祯《陈式太极拳》在所谓第二特点的文中，提出‘对拉拔长的弹性运动方将太极发力比作‘弹簧，而陈氏后人在发劲时总做出‘弹抖之状，以自哗功夫劲力，实则螺旋毫不‘弹抖，所以将陈式发劲，改为松。弹抖似仍不和陈式原则，后又另文论之。”由此可见，先辈们早已通晓其中的道理，而某些后学者却故作聪明，将这种弹抖（振动）看作是功夫的表现，破坏了一些根本原则，使太极拳误入歧途，令人痛心。

我们明白了这个道理之后，再来看看太极拳中的“双重”。从机械平衡的角度来看，“双重”就是人体运动机构相对于中轴出现了失衡，这个中轴大到整个脊椎，小到一根手指，只要出现了上述的不平衡，那就是双重，洪先生简明地解释为：“凡是一侧手足上下同实，便成双重。”对此，先辈们早已给出了解决失衡的方法：“左重则左虚，右重则右杳。”也就是说，让转子的偏心质量（效果上）均匀地分配在中轴的两侧，或者说四周，便可以有效地减少和消除这种不平衡。所以说，我们应当在动态中去理解双重的概念，而不是主观上把双腿承重的分配作为判断双重的标准，那是一种刻舟求剑的做法。正因如此，洪式太极拳始终提倡“随遇平衡”的理念，反对“重心移至某腿”的论调。

（待续）