摘要：在央视国庆特别节目中，赵文卓在长城上进行了半空击剑小苹果拉丁舞教程分解版。本文以相关力学知识为基础，对网上热议的赵文卓空袭剑话题进行理论分析，从理论上说明空袭剑的可行性；假设排除挂钢丝的可能；最后，基于对视频的逐帧分析，对空中击剑问题给出了合理的力学解释。分析表明，视频中赵文卓的半空一剑斩，理论上是很有可能的。
关键词：力学；在空中挥剑；理论分析；可行性
作者：任元元、付志浩、张俊伟、王永健小苹果拉丁舞教程分解版。单位：南京农业大学
本文获得江苏省第四届力学创新创意大赛微文章类一等奖小苹果拉丁舞教程分解版。
获奖证书
一、简介
出生在中国的青少年，或多或少都有一个武术梦小苹果拉丁舞教程分解版。每个小男孩都学猫学虎，用四种不同风格的拳套进行格斗。
随着人们年龄的增长，认知水平的提高，信息时代获取各种信息变得更加方便，人们有机会通过各种影视作品虚构的动作设计来评判自己，于是开始了小苹果拉丁舞教程分解版。边看边想这些事情。行动的可信真相。
图1赵文卓凌空出剑
央视11日国庆特播一段视频引发网友热议小苹果拉丁舞教程分解版。视频中，赵文卓老师在长城上表演了炫酷的剑术。他双手在空中旋转剑，向四周挥砍。长剑再次袭来，最后长剑双手相接斩落，如图一。就是这样一组流畅的动作，让不少网友惊叹不已，同时也忍不住想知道是不是这个动作是靠赵文卓先生高超的武功还是经过特效剪辑合成的？
展开全文
有人认为，像赵文卓先生这样的人，从小习武，经过长时间的训练，就能达到精准把控的境界小苹果拉丁舞教程分解版。经过投剑、击剑、接剑的不断练习，就可以达到视频中展示的效果。也有人认为这是一个完全后期特效制作的视频，因为按照视频中赵文卓先生的击法，旋转加速的时候，剑是不可能微微上扬的。更有什者，有人认为这把宝剑炸毁完全违反了物理定律，并戏称牛顿要疯了。
对于炸毁赵文卓的宝剑，网友们根据自己的认知水平，有着自己的理解小苹果拉丁舞教程分解版。其中，视频剪辑和特效显然不属于机制，因此不在本文讨论范围之内。这篇文章的问题是，赵文卓这一套动作在理论上是否可行？如果不违背牛顿力学，如何击剑才能达到赵文卓的水平？
2基础理论
在视频中可以看到赵文卓老师的这套招式分三个阶段：抛剑旋转、翻转加速旋转、双手接剑小苹果拉丁舞教程分解版。根据专业武术家的说法，在投剑方面熟能生巧。获得宝剑的过程虽然艰难，但及时可以办到。最具争议的阶段是第二阶段：击剑。视频显示，踢出前剑身呈下降趋势，踢出后剑身出现明显的加速旋转和轻微上升。
2.1模型简化
在赵文卓空中掷剑的视频中，双手剑无论是道具还是真剑，都拥有灵活的身躯小苹果拉丁舞教程分解版。不过本文分析的不是这把双手剑的变形。事实上，双手剑在撞击后的变形与其轨迹相比可以忽略不计。因此，本文采用刚体模型。另外，视频显示双手剑的运动轨迹大致在同一平面内，所以将剑在空中击打的问题转化为刚体的平面运动。
根据理论力学知识[1]小苹果拉丁舞教程分解版，可知质心坐标公式(1)为：
公式1）
2.2受力分析
剑在空中时，作用在其上的只有重力和空气阻力，如图2所示小苹果拉丁舞教程分解版。空气阻力的表达式如式(2)所示。
公式（2）
在小苹果拉丁舞教程分解版，
C
是风阻系数小苹果拉丁舞教程分解版，
小号
是迎风面积小苹果拉丁舞教程分解版，是空气密度，
v
为了速度小苹果拉丁舞教程分解版。视频中，双手剑在旋转过程中因空气阻力自动选择迎风面较小的方向。因此，刀刃最终会成为双手剑的迎风面，其迎风面积会急剧减少。另外，人手抛出的双手剑的速度是有限的，相对于空气的速度并不高。因此，空气阻力的影响一般很小，可以忽略不计。
图2空气中的力图
图3质心在空气中自由旋转时的轨迹
忽略空气阻力的影响，根据质心运动定律，双手剑的质心运动轨迹为抛物线，剑在空中绕质心旋转如图所示.在图3中，无约束刚体的运动可以分解为质心的平移和绕质心的旋转小苹果拉丁舞教程分解版。刚体平移状态的变化取决于力，转动状态的变化取决于力矩[2]。
双手剑在空中作平面运动小苹果拉丁舞教程分解版，其平面运动方程如式(3)，
式(3)
其中有刚体的质量，刚体绕过质心C垂直于运动平面的轴的惯性矩，以及刚体的角加速度小苹果拉丁舞教程分解版。根据式（3），双手剑在空气中的质心加速度为重力加速度，忽略空气阻力的影响，其角加速度为0。
此外，要实现质心上升和加速旋转，必须在质心处附加一个等效外力和一个等效外力矩小苹果拉丁舞教程分解版。
因此，理论上只要击剑时能在质心处产生相等的外力和外力矩（合力和合力矩），就可以出现击剑的现象小苹果拉丁舞教程分解版。
3剑空击击分析
3.1问题重点
根据以上理论分析，要实现双手剑的质心上升和加速旋转，需要保证腿部对剑身施加的力是定向的向上，只有这样重心才能上升小苹果拉丁舞教程分解版。此外，足部撞击的位置也必须远离质心，只有这样冲击力才能产生加速的旋转力矩[3]。如图4所示。
图4击剑理论位置示意图
由于视频模糊，帧率不高，网友们纷纷猜测是不是因为这个小苹果拉丁舞教程分解版。模糊的视频显示，赵文卓的脚与剑相撞时（图5），他的脚移动到了画面的右下方，这也是网友怀疑的重点。
根据式（3），右小腿不可避免地给双手剑的右下方向带来一个与其质心相等的外力，右下方向仍有一个合力小苹果拉丁舞教程分解版。以及由此产生的加速扭矩。
图5击剑重叠截图
图6右下方向对剑施加力
假设在击打过程中，作用在剑身上的力为F，如图6所示小苹果拉丁舞教程分解版。由运动方程(3)可知，角加速度为FL/Jc。可以看出：当脚接触到剑时，剑的角速度增加，剑身开始加速旋转；当脚离开剑时，剑立即恢复到出剑前的状态，角加速度再次为零。将垂直方向和水平方向的力F分解，根据牛顿第二定律，质心的水平加速度为Fcosθ/m，垂直加速度为(-Fsinθ-mg)/m。
在这种情况下，水平加速度分量意味着双手剑的质心向右移动小苹果拉丁舞教程分解版。双手剑目前无法起身，只会向右飞出屏幕。
3.2合理推测
根据上面的分析，赵文卓的空中击剑似乎已经变得不可能了，所以有后处理挂线的可能小苹果拉丁舞教程分解版。前面说了，后期发货不属于力学范畴，只考虑挂线的可能性。基于前段的假设，剑身受到的冲击力依然是右下方向。此时钢丝上除了自身重力外，还有一个升力，如图7所示。
图7作用在悬挂钢丝刀片上的力
由于绳索的受力是顺着绳索的方向，所以并不限制剑身的横向移动小苹果拉丁舞教程分解版。因此，如果冲击力是右下方向，那么刀片一定是向右移动的，这与视频相反，所以可以排除挂线的可能。
事实上，钢丝的实际悬挂也非常困难，无法捕捉到剑身被拉起的准确瞬间小苹果拉丁舞教程分解版。而且，剑身明显加快了转动速度，看来肯定是被踢了一脚。
既然肯定是被踢了一脚，剑身并没有向右移动，那么腿和剑相撞的那一刻，并不是剑被击中的瞬间，而是击中之后的瞬间小苹果拉丁舞教程分解版。由于视频帧率低，所以错过了这一击剑的瞬间。重合时刻与上一帧的截图如图8所示。从图8可以看出，上一帧图8(a)所示的剑身幻角较小，虚角为下一帧图8（b）下落瞬间的剑身部分明显变大了。这意味着图8(b)中剑身的旋转速度明显变快了，进一步证明剑击的具体时刻应该在图8(b)之前和图8(a)之后。
(a)前一帧(b)重合时刻
图8重合时刻及上一帧截图
虽然在图8中，前一帧的腿似乎已经达到了最高点并且离刀片更远了小苹果拉丁舞教程分解版。然而，这种位置关系与拍摄角度密切相关。向上射击的效果让腿和剑的位置关系变得难以理解。实际情况应该是脚没那么高，还是有机会打高的。腿和剑之间的距离并不像视觉上看起来那么远。此外，击球过程本身就是一个加速运动。接近最高点时，腿速最快，腿有足够的时间追上刀片。
在这一击击中剑身的瞬间，由于腿部还处于上升阶段，必然有向上的力量小苹果拉丁舞教程分解版。也正是这种力量，让赵文卓将长剑抛向空中的视频中，长剑大幅度上升。再者，由于击剑过程中仍有向右的运动，必然也有向右的分力使剑身向右运动。
不过，视频中的剑身并没有直接飞出画面小苹果拉丁舞教程分解版。其原因主要有二：其一，挥剑在空中旋转时，右手用力。剑身脱离右手后，以质心为中心旋转。抛物线，它是一条从右到左的抛物线轨迹（图9）。二是双脚对剑身的作用力较小。大概不是脚掌接触剑身，而是脚掌摩擦剑身。右边的力比较小，但是这个右边的力正好抵消了。部分质心向左移动。因此，即使重量向右，剑身也不会飞出画面。
图9击剑过程
4总结
赵文卓的剑炸了，网友们议论纷纷小苹果拉丁舞教程分解版。争论的核心是视频显示在撞击过程中明显的右下力违反了牛顿力学。本文首先根据刚体平面运动理论，说明在空中挥剑不违背牛顿力学；其次，针对网友的争论点，排除了剑身上挂钢丝的可能性，不考虑后期处理和特效。
他还指出，剑击的时刻并不是网友们讨论的重叠时刻；最后，他结合视频一帧一帧，考虑到拍摄角度等问题，对赵文卓的爆剑套路进行了机械性的解释，特别指出右边只是挡住了原来向左的轨迹是删除小苹果拉丁舞教程分解版。参考
[1]王铎．理论力学(第八版)[M]．北京：高等教育出版社小苹果拉丁舞教程分解版，2016.6
[2]汉斯·德雷西格小苹果拉丁舞教程分解版。机器动力学[M]．（高兴亮，朱思宏，尹学军，鞠峰，译）北京：科学出版社，2011.11.
[3]陈新义．大学物理教程（第二版）[M]．北京：清华大学出版社小苹果拉丁舞教程分解版，2008.5
