如何提高剪切比（景新系列讲座第三讲）

第三讲、什么是剪切力:根据材料力学的定义“剪切”是在一对(1)相距很近、(2)大小相同、(3)指向相反的横向外力作用下，材料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象。能够使材料产生剪切变形的力称为剪力或剪切力。 至于“剪切力”的来源，当然是压力造成的。也可以说，剪切力是一种特殊形式的压力。以上的定义是材料力学给出的。

我们的祖先、山顶洞人，拿着标枪追赶动物，在奋力投出时，他们考虑的是力要足够大、方向是猎物、作用点是猎物的中心，以确保能击中猎物，当击中时刻，箭头一定会给猎物造成剪切创伤。

图1 手握标枪与狩猎收获

图2 古人狩猎用标枪、箭的过程

农妇用刀切菜，只要把菜放在砧板上，然后，想切什么部位，就直接下刀，事前事后、从不需要考虑什么指向相反的横向外力，就能完美的完成剪切行为，那么定义中的横向外力什么用意、起什么作用，是永远也无法说清楚的、因它不符合力的三要素。

图 3 剪刀剪头发

思考：如果剪刀的刃锋处有缝隙，大小与头发接近，头发能否全部剪断？答案是不能完全剪断，因为缝隙稍大于头发直径时无法剪断，受两个支点转动。当缝隙稍小于头发直径时，头发也不能完全剪断，有时头发可能受力变形而压扁、不会断。

图 4 菜刀在砧板上切菜

剪与切的区别在于：上下刃锋相对，被剪物体同时经过刃锋后，形成两个部分的现象是剪。上有刃锋，下为垫板，物体放在垫板上被刃锋经过后，分为两部分的现象是切。

用剪刀裁剪纸张、布料、线绳，只是上下刃锋相对用力，就可完成剪切，如果你把上下刃锋按定义给出一个缝隙，从理论分析也是行不通的，因为你给定一个平行微小的缝隙，这个缝隙的距离是多少，几百年来无人给出，从理论上就有缺陷。剪刀的两力相对，形成摩擦交汇点移动是因为工艺上的要求、方便连续剪切，并不需要要留出缝隙，形成平行力。如果上下两个力，作用点不同最直接的效果是产生扭矩、导致被裁剪体的旋转。

在剪切力的定义中，最准确的只有一句话：剪切力是一种特殊形式的压力。

这句话表达了剪切是压力的一种形式，在大多数情况下与压力有共存共生关系。它继承了压力的一些基本特性，即大小、方向和作用点。根据这句话我们可以对剪切力按牛顿力的三要素进行定义。

剪切力是描述压力的一种破坏现象，压力是平均力，平均力没有力差，在压力面内没有力差、就没有变形破坏的动力。但是，在压力边缘会形成力差，这个差值就是压力值，单位量就是力，N或KN。剪切力的方向平行于压力方向，作用点分布在应力边缘的闭合线上。

当压力面积一定，其周长围成的面积越小、剪切现象越突出显。当压力周长围成的面积趋于零时、压力值趋于无穷大、此时就形成了纯剪切。刀、剪刀，就是这种工作原理。而箭、子弹头就是利用纯剪切，将应力面积趋于零的趋势。

图5 圆柱、圆台、圆锥， 随底部受力面减小，压力增大，剪切现象突出

当某物质体在压缩试验中产生了极限压力（应力应变曲线出现应力减小，应变增加的现象。此时曲线的峰值压力就是极限压力），则极限压力值与受力面积之积，就是纯剪切的剪力值。

刀、剪刀、箭，它们最大的特点是受力面积无限小，达到最大的应力值，以达到剪切破坏的压力或剪切力。刀用久了就会比较费劲，是刀刃的受力点有增大现象、刃锋变厚现象，磨刀的目的，就是为了减小刀刃的受力点面积。

传统的剪切力，定义模糊，造成了材料力学的混乱复杂、并形成了一些无法验证的理论和观点，使材料力学、结构力学中只能从试验或经验中寻求出路，而不得不加入系数、常数，由纯理论的学科变为半理论、半经验的学科，导致不断失去理论，很难向前发展。

重新定义剪切力，可以打破基础力学的瓶颈，使材料力学、结构力学可以得到快速发展。更能使材料力学、结构力学因此变得简单易学，将来一定会作为中学物理的普通课程进行学习和掌握的。

下次第四讲、剪应力

同学们可以先预习一下，什么是剪应力，

谢谢大家观看！欢迎评论，讨论！