紫禁城為明清帝王的居所，“射柳”為帝王的娛樂活動之一。據(jù)清代文人查慎行所編撰《人海記》卷下之“射柳”記載，在明永樂時期，宮中就有射柳的游戲，常見于清明至端午時節(jié)。這種游戲的做法是，將鴿子放在一個葫蘆里，葫蘆被懸掛在柳樹上，游戲者射裂葫蘆，葫蘆中的鴿子飛出。誰射中的葫蘆里面的鴿子飛得高，那么誰就取勝。不僅如此，鴿子腳部系有鴿哨。鴿子飛到空中時，鴿哨可發(fā)出清脆的聲音。而當游戲者接連射中葫蘆時，則不斷有鴿子飛出，產(chǎn)生連綿不斷的鴿哨聲，增加了游戲的趣味性。清代官員潘榮陛所撰《帝京歲時紀勝》之“天壇”載有“仍修射柳故事，于天壇長垣之下，騁騎走繲”，可反映清代皇宮里濃厚的射柳習俗。從科學角度而言，射柳不僅僅表現(xiàn)出的是一種娛樂活動，其中弓箭的制作、鴿哨的使用，均包含了諸多古代物理知識。

弓是發(fā)射箭的工具，主要由富有彈性的弓臂和柔韌的弓弦構成。我國有著悠久的造弓歷史，春秋戰(zhàn)國時期的科技文獻《考工記》，其“卷下·弓人”記載：制造精良的弓，離不開干、角、筋、膠、絲、漆六種材料。其中，干是指弓臂的主體，可使箭射得遠;角主要是指牛角，可使箭射得快;筋主要是指牛筋，可使箭射得深;膠主要是指用動物的皮、角、膘等材料熬成的黏合物，可將角、筋黏合在弓臂上;絲即絲線，主要用于纏繞粘有角、筋的弓臂;漆主要是指清漆，用于涂刷制作好的弓臂，以消除霜露的侵蝕。另弓弦多用蠶絲制成，如明代科學家宋應星撰《天工開物》，其“弧矢”載有“凡弓弦取食柘葉蠶繭，其絲更堅韌”。

角、筋對弓的使用效果起重要的作用。《欽定大清會典事例》卷一百二十二之“兵部”，載有“(弓)面傅牛角，背加以筋膠，外飾樺皮”，即弓面向射手的表面會用膠貼上牛角片，面向目標的表面會用膠貼上牛筋，且在弓的內(nèi)外表面包有樺樹皮。這樣，在射手拉弓時，牛筋絲可抗拉，牛角片可抗壓，上述構造猶如復合彈簧片結構一樣，發(fā)揮彈性作用。其主要機理在于：相對于木材而言，牛筋、牛角的儲能密度更大，且均具有良好的彈性和韌性，因而更有利于弓的能量釋放。另外，樺樹皮富含豐富油脂，可以保護弓不易受潮，且還有一定的保暖功能。

箭主要由箭鏃(箭頭)、箭笴(箭桿)、箭羽、箭括(箭尾)4部分組成，其中對箭的穩(wěn)定起至關重要作用的部分為箭羽。《考工記》“卷下·矢人”記載了制作箭羽的方法：箭羽安裝在箭的后部，占箭總長的1/5，且為箭鏃(箭頭)長度的3倍;羽毛進入箭桿的深度與箭桿半徑相同，且在箭桿的上、下、左、右對稱設置。書中認為，按此方法制作的箭可達“雖有疾風，亦弗之能憚矣”的效果，即如果發(fā)生強風，箭也能穩(wěn)定飛行。分析認為，箭被射出后，其飛行的穩(wěn)定能力與箭羽密切相關。如果箭羽尺寸過大，那么箭在飛行過程中受到的風阻變大，會讓飛行速度變低;而箭羽尺寸過小的話，箭在飛行中則會產(chǎn)生偏斜。

清代宮廷的箭羽一般采用雕翎做成，雕翎為上等的箭羽材料。古人基于長期實踐經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)雕翎具有極佳的帶風效果，有利于箭在飛行過程中保持軌跡穩(wěn)定。《天工開物》之“弧矢”載有“羽以雕膀為上，雕似鷹而大尾長翅短角。鷹次之，鴟鷂又次之”。書中認為：雕翎做成的箭飛的又快又端正，優(yōu)于鷹、鷂翎箭;而在南方地區(qū)有用雁或鵝毛做箭羽的，箭射出去則手不應心，一遇到風就歪向一邊了。

此外，鴿哨亦為物理科學知識在古代娛樂生活中的運用。鴿哨為老北京風俗物之一，由葦、竹、葫蘆等材料制作而成，其內(nèi)部空心，頂面、側面設有開口。鴿子飛行時，氣流穿過哨孔，從而發(fā)出聲音。鴿哨被固定在鴿子尾翎正中部位，不會因鴿子的飛行而產(chǎn)生偏移。哨的數(shù)量不同，鴿哨發(fā)出的聲音不同。分析認為，鴿哨發(fā)聲的主要機理在于：鴿子飛行時，外部氣流在哨內(nèi)壁產(chǎn)生氣旋，激發(fā)鴿哨內(nèi)的空氣柱振動;而外部氣流變化時，引起氣旋的速度變化，可改哨內(nèi)空氣柱的振動頻率，進而使得哨聲出現(xiàn)或高或低的變化。古人利用該原理制作的趣味性娛樂工具并不鮮見。如清代官員張廷玉編寫的《駢字類編》，其卷八載有“于鳶首以竹為笛，使風入，作聲如箏”，即在紙鳶的頭部綁扎一根小竹笛，放風箏時，氣流穿過竹笛會發(fā)出鳴響。

由上可知，紫禁城宮廷里的皇家射柳活動，不僅僅表現(xiàn)出趣味性的一面，其中還包含豐富的古代物理科學知識，更能體現(xiàn)出古人的智慧。

(作者系故宮博物院研究館員)