关于材料强度的讨论

在吴少崖老师今天的作业中提到一个有趣的问题。

吴老师在结构强度的探析一节内容教学中，设计了一个技术试验，用以分析影响结构强度的因素。她设计了3种情况下的试验：

1、保持凳脚距离不变、用不同的材料当凳面进行承载重物试验

2、保持凳脚距离不变、用相同的材料不同的连接方式（不接、药丸蜡壳接、钉接）进行承载重物试验

3、用相同的材料、相同的连接方式改变凳子脚的形状

其中采用硬纸板和玻璃板等材料，进行第1种情况的试验。

在试验完收拾材料时，一同学把桌子上的玻璃和硬纸板弄掉在地上。结果玻璃破了，纸板完好无恙。疑问出来了，有学生提问：老师，玻璃破了，纸板完好，不就说明纸板没被破坏，强度比较好吗？而刚刚的试验却证明玻璃强度好，两者相矛盾？

对于这一试验过程中学生认为的矛盾，我们怎么来理解？

首先，这是两种不同概念的强度问题。老师设计试验中的第1种情况，是针对结构强度的，当结构构件的材料改变，强度会改变；而试验结束后，玻璃和硬纸板被摔在地上，对玻璃和纸板被破坏程度的观察，是针对材料本身强度而言的。两者观察和分析的对象不同。

其次，关于材料强度的讨论。由于我们课标的要求和教材内容所限，对材料的重要特性之一——强度，实际是远没有展开进行分析研究。在材料力学中，在外力作用下，材料抵抗变形和破坏的能力称为强度。根据外力的作用方式，有多种强度指标，比如有：抗弯强度、抗压强度、抗折强度、抗张强度、抗剪强度、抗扭强度、抗撕裂强度，还有疲劳强度等。教材所提强度虽然没有如此细分，但事实上也是暗指着与之受力所对应的强度。

如果有了这个认识，我们不妨对上述现象作一分析。“保持凳脚距离不变、用不同的材料当凳面进行承载重物试验”，测的是凳面材料的抗弯强度或抗压强度（当重物支撑面与材料支撑跨度之比很小时，可看作测抗弯强度，当重物支撑面与材料支撑的跨度比相近时，可看作测抗压强度）。从以上试验很容易得出结论，在一定的条件下，玻璃的抗弯强度或抗压强度比纸板好。

而“玻璃容易摔坏，纸板不易摔坏”，测的则不是材料的抗弯强度或抗压强度，而是材料的抗折强度（或抗摔强度或抗裂强度），自然玻璃的抗折强度就不比薄纸板好了。再者，从材料分类看，玻璃属于脆性材料。