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广东省江门市新会第二中学高中物理 第一章 身边的力学“势如破竹”与混凝土中的力学知识素材

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“势如破竹”与混凝土中的力学知识 “势如破竹”纵横谈人们总喜欢用“势如破竹”一词来形容所向披靡、节节胜利,而破竹之势则又烘托出一种长驱直入的无比威力。这种说法经流传下来是有些年代了。我国历来多竹,不少南方人都有剖劈竹子的有趣经历:偌大青竹筒,利刃过处,节节响裂,钢刀长驱直入,毫无阻碍,施力式微,直贯到底。形容形势发展极其顺利、迅猛,说势如破竹,可谓贴切矣。竹子以其挺拔、高雅的素质,不屈不挠、奋发向上的精神风貌不仅历来被人们所称道,且还是大自然赐予的一种天然复合材料。从材质看,它的主体由一种纵向贯通型长纤维组成,这些长纤维处于基质之中,长纤维之间的亲和力很小。但是竹子的纤维分外致密、坚韧,具有强大的纵向抗拉、抗压能力。但若钢刀从它的端部猛力切入,纵向纤维间便会裂出一道楔形口,断裂力学上称为张开型裂纹或 I 型裂纹,在裂纹的尖端附近形成了一个强应力场(应力是单位面积上的内力)。应力在此处高度集中,因而此类张开型裂纹的破坏性最大;加以竹子长纤维间的亲和力原本就小,楔裂处不但迅即破坏,且随着钢刀的不断切入,加载速度提高,强应力场随之向前扩展,竹纤维间微弱的亲和力难以抵御迅速前移、高度集中了的强应力,于是刀刃未及,竹子便自动开裂。看来顺着纤维方向着力劈削,对竹子来说无疑是认定了它的弱截面,才出现淋漓痛快的势如破竹现象。出于“势如破竹”这条成语,人们似乎认为竹子耐力性差,只配做些竹篮竹筷之类的小东西了。殊不知换了一个方向,转它个 90 度,情况便会有天渊之别:如果钢刀从横向朝竹筒猛砍下去,刀子不是弹跳回来便是刃钝口缺,竹筒却是岿然不动的,至多略损些皮毛而已。这是因为竹子具有优化“复合材料”的表层,通体包裹着一层极为坚硬、耐磨的青皮,俗称“蔑青”。同一根竹筒,破竹之势在此似乎再也不灵验了。竹子的横向抗劈削能力是可以和一些有色金属相媲美的。不言而喻,横向截面是竹子抗劈削的强截面。于是在民间,对付竹子便因纵横有异,纵向才用刀劈,而横向呢,只得借重钢锯利齿的慢功夫了,两者不能混淆。从力学观点来推敲,“势如破竹”这条成语仿佛就应是势如破直竹才对呀!只是大家沿用久了,说到破竹,往往只想着纵向的,人们习惯于循着竹子纤维生长的方向来看问题,这大概也算是一种顺乎自然的心态吧。但若想利用竹子来制作构件,最起码也得了解这种材料纵、横向抵抗破坏的能力,即浅近的力学知识,这就是被意大利杰出的科学家伽里略...

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