中学的切线是基础概念,但入得大学,接触到切变线、切应力等后,新切向与数学切线成垂直之势,方晓“切线”、“切向”之多向,顿生“切线”不“切”之感。在气象学、与地质学、流体力学中,切向有时竟然与法向结成了统一战线。切向迷失了!
气象学中,切变线(shear line)是指风向或风速的不连续线,实际上也是两种相互对立气流间的交界线。
流体力学中,切应力又叫做粘性力,是流体运动时,由于流体的粘性,一部分流体微团作用于另一部分流体微团切向上的力。 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置,在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。同截面相切的称为剪应力或切应力。在液体层流中相对移动的各层之间产生的内摩擦力的方向一般是沿液层面(指液体流动时,流向视为一个倒圆柱时,该圆柱的横截面)的切线,流动时液体的变形是这种力所引起的,因此叫做切变力(又叫剪切力),单位面积上的切变力叫做切应变力,又称切应力。
简言之,中学之“切线”实为“贴线”,在现代汉语中,单字“切”的“切菜”式的横断性、截断性意味已经明显强于贴切、亲切等含义。横扫一切的年代,“切”的“体贴”使人无法体会到亲切。数学中的“法向”在有些亲切的切线之外,增加了法则的尊严。
大学时代,听闻切变力又叫剪切力后,感到剪切力或剪应力能够很好地反映横断性特征。按绅士风度来说,既然中学的“切线”已经先入为主,后来者避免重复与混淆则是应尽职责,似乎不该继续与切线叫板,以迥然不同的切向切来切去的。
风乍起,吹皱一池春水。风吹水面之力当属切应力,它的方向似乎与水平面平行。再来瞧“抽刀断水水更流”,切应力又是主打。平切是切形变,下切还是切形变,难道乍想乍切都是切应力?又如珠宝世界,切面的多寡与价格息息相关,切面越细,价格越昂。
牛顿除了著名的万有引力外,还做过一些流体的实验。牛顿流体是指在受力后极易变形,且切应力与变形速率成正比的低粘性流体。凡不同于牛顿流体的都称为非牛顿流体。牛顿内摩擦定律的表达式为:τ=μγ
式中:τ--所加的切应力; γ--剪切速率(流速梯度); μ--度量液体粘滞性大小的物理量,简称为黏度,物理意义是产生单位剪切速率所需要的剪切应力。 例如,牛顿流体(Newtonian fluid)是指切应力与剪切变形速率成线性关系的流体。
推究起来,导致“切意(窃意)”朦胧的根源是切的不同面孔。贴近是切!切断还是切!!
结合“风乍起”与“刀断水”,我的理解是,所谓切应力的方向,是指与流线形成夹角,通俗地说就是切断流线。气象中的切变线实际上就是一条原本连续的线被拦腰切断,发生错位。
实则上,数学中的“割线”更接近当今白话文字中切的含义。割线带有周星驰式“我切、切、切”(不见得出自电影台词,只不过脑海中有这样的意象)、漫天狂切的潇洒。上网一搜之下,周星星还真演过《食神》,我不记得是否看过。因为我的观影基本上是在长途汽车上。走车观影,看不太真切的。
本文的讨论实由汉字“切”的歧义而起。综上所述,处理数学与力学中之切向矛盾的方法似乎可三选一:
1、数学中的“切线”易名或理解为“贴线”;
2、力学中的“切应力”统一定名为“剪应力”;
3、强调数学、力学中的切向是两回事,不可混为一谈。
仔细推敲起来,切向可分为线方向与面方向(如:水平,指跟水平面平行的:水平方向。见《现代汉语词典》)。
我从不了解别人对切线、切向有无异议。我只是从自身的学习与思考中得出这个看法。
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