Самым главным элементом на арбалете, после ложи, будут дуги (арбалетный лук). Как эти дуги должны располагаться на арбалете и какой формы они должны быть в этой части статьи и рассмотрим.
На рисунке слева показан классического вида арбалет (вид сверху). Предположим, что дуга этого арбалета без тетивы прямая. Значит, в рабочем состоянии с одетой тетивой у дуги будет какая-то первичная сила и на графике внизу эта первичная сила показана первой точкой. На всех графиках рисунка вертикальная линия показывает F силу натяжения. А горизонтальная линия L схематично показывает длину натяжения дуг. В месте соединения этих линий и сила, и длина натяжения равны нулю.
Натянув тетиву до максимального значения, получим максимальное усилие, помеченное на графике второй точкой. На графике видно, что первая сила меньше второй и разница в силах должна быть значительной. Дуги арбалета работают не наилучшим образом. Вдобавок рабочая длина натяжения тетивы равна примерно половине длины направляющих для стрелы.
На следующем рисунке у арбалета несколько дуг имеющих различный, первоначальный (без тетивы) вид. Если на дугу А одеть тетиву, то максимальное усилие на графике (над арбалетом) отметится точкой 1. После выстрела из арбалета с такой дугой стрела возможно слетит с направляющих, но не более. Прямую дугу Б мы рассмотрели в на примере с классическим, первым арбалетом. Максимальная сила приблизится к точке 2. Немного лучше и только.
А что если дугу А перевернуть, превратив в дугу С? Тогда максимальное усилие приблизится к точке 3 на графике. Уменьшится разница между (рабочей) начальной силой и конечной. Дуга Д будет работать еще лучше, в диапазоне сил 3 и 4 на графике. Согнув дугу в кольцо можно еще больше увеличить качество дуг. Опять же разместив дуги на самом конце направляющих, можно увеличить и рабочий ход тетивы, что еще больше добавит скорости вылетающему болту (арбалетной стреле).
На третьем рисунке показан еще один вариант улучшения качества дуг арбалетов (и луков). На дугах древних арбалетов (и на луках тоже) делали специальные загибы на концах плеч. Эти загибы начинали разгибаться только когда дуги (плечи лука) изогнулись до какого-то предела. На рисунке и на графике этот предел помечен цифрой 2. Дальше, в основном разгибались только загнутые концы и сила натяжения увеличивается уже не так резко, то есть сила начальная была не намного меньше силе конечной. Примерно такой же график сил на блочных луках, но на старинных луках это было достигнуто проще и намного дешевле.
Уже давно было замечено, что если на лук одеть слишком короткую тетиву, то разница между начальной и конечной силой будет небольшим. Но длина натяжения намного уменьшится. Для охотничьих или боевых луков это грозит заметным уменьшением скорости полета стрелы. Что приведет к обязательным промахам при неточном определении расстояния до цели. Спортсмены стреляют на строго известных дистанциях и иногда специально укорачивают тетиву, чтоб добиться большего однообразия в выстрелах.
На крайне правом рисунке показан еще один вариант улучшения качества работы дуг арбалетов за счет укорочения тетивы. Вот только дуги арбалета перевернули и закрепили ближе к стрелку. Красным цветом показаны дуги в "боевом" натянутом положении. Как видно на рисунке первоначально тетива расположена почти у конца направляющих арбалета. И натягивают тетиву уже по направлению к дугам. Используется практически вся длина дорожки направляющих арбалета и дуги работают в более выгодном режиме. Именно такое расположение дуг позволило экспериментальным арбалетам разогнать болты до скоростей 100-120 метров в секунду.
На графике, красной линией показано, что начальная сила уже значительна по величине и во время натяжения изменяется незначительно. Намного лучше, чем у блочных луков, но насколько проще и дешевле? Однако тетиву перевернутых дуг без специального натяжного устройства натянуть сложно, а об этом продолжение следует.