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标  题: [身边的力学]“势如破竹”纵横谈——胡宗一
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri Jun 10 16:03:53 2005), 站内

“势如破竹”纵横谈

胡宗一


    人们写文章时总喜欢用“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。这里的“破”似有斩劈及里之意。《水浒全传》第九十九回就有此种描写：“……关胜等众，乘势长驱，势如破竹，又克了大谷县。”郭沫若同志在《北伐途次》篇中也曾写道：“我军以破竹之势进逼武昌……”，都使人如临其境，如闻破竹之声，读来声情并茂，确有欣快之感。

    这种说法经流传下来是有些年代了。早在西晋初，有位深谙韬略的大将军杜预于公元280年奉命带领几路大军攻伐孙吴时，说过这样一番话：“昔乐毅（注：战国时燕将）藉济西一战，以并强齐，兵威已振，譬如破竹，数节之后皆迎刃而解，无复著手处也。”杜预的这一形象比喻经过添补、习用，遂有“势如破竹”这条成语问世，算来迄今也有1700多年了。我国历来多竹。竹是一种多年生禾本科常绿植物，杆部木质化，中空多节，盛产于我国长江流域及华南、西南一带。用途极广，生活中真还离不开它。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，曰势如破竹，可谓贴切矣。

    竹子以其挺拔、高雅的素质，虚心而有骨有节的品格，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哩。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，与禾本科其他植物相类似，所不同的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（这个瞬间叫楔入），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，就是足智多谋的杜预将军恐也不敢说是“皆迎刃而解”吧。竹子的横向抗劈削能力是可以和一些有色金属相媲美了。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（Galileo，1564～1642年）赞誉为“美丽而有用的科学”——材料力学所研究的课题，非常引人入胜。而伽里略一生对材料力学孜孜不倦的探索、钻研，使他也成了这门学科当之无愧的奠基人之一。

    《材料力学》是一门研究构件的强度、刚度和稳定性的科学。为了计算方便起见，一般就先假定好材料的各个方向都具有相同的力学性能，这在力学上称为各向同性。工业上所用的锻钢、铸铁、紫铜、塑料等等许多人工材料与这一假定大致吻合。唯有竹子、木材等天然材料例外，而竹子的纵、横力学性能相差又过于悬殊，万不能也认为是“各向同性”了。果真有人难得糊涂若此，在工程上就要捅娄子了。

    但也只要明白并顾及此点，竹子就能驯服地为人类服务，而不至于耐不得力的。我们用竹子做成杠棒、扁担、躺椅、竹床、精巧剔透的小竹楼乃至在小型混凝土预制件中替代钢筋的位置都是范例。只要略作分析，我们就不难发现在这些构件中，竹子所受到的要么是一种横向载荷或是一种纵向的集结力，这些都是竹子的“强项”，而决不去选定竹子的弱截面，着力形成劈削。这就避开了它的弱势，发挥了它的长处，因而是决无“势如破竹”之虞的。

    经验和教训告诉了我们：竹子固有它自己的客观特性，使用时要切实扬长避短，方能物尽其用。俗话说得好，凡事宜“举一反三”，细细想来，物尽其用固然如此，而要做到地尽其利、人尽其才，又何尝不是如此呢。

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