Учебный пример по сопромату

Мастера узнают по инструментам. Японские луки, правда, слабоваты: главной доблестью считалась точность, а не мощь. Зато мечи – произведение высокого искусства. Современные инженеры не раз дивились тонкостям, постигнутым многовековыми экспериментами.

На выставке показывают фильм: узкие специалисты – металлург, кузнец, полировщик – творят большой меч – катана . В кадре чётко видно: меч куётся прямым и принимает характерный изгиб только после закалки.

При высокой температуре железо перестраивает кристаллическую структуру из формы «перлит» в менее плотную «аустенит». Резкое охлаждение переводит «аустенит» в «мартенсит» и (при недостаточно скором падении температуры) «троостит», также менее плотные, нежели перлит. Объём калёной стали больше, чем сырой.

Меч калят не полностью: твёрдость сопряжена с хрупкостью.

Перед остриём трещины разрывающие напряжения концентрируются до степени, сокрушающей любой материал. Но эта же концентрация создаёт и напряжение, идущее вдоль трещины. Соотношение напряжений поперёк и вдоль трещины – 5 к 1 – вычислено около полувека назад компьютерным моделированием. Потом установили, что в природных композитных материалах – от древесины до костей – вещество, принимающее нагрузку, впятеро прочнее вещества, скрепляющего волокна или кристаллы. Трещина отрывает разрушенный ею силовой элемент от соседних и притупляется возникшей пустотой. Поэтому древесина и кость не хрупкие. Если же материал пластичен, продольное напряжение деформирует его, округлит конец трещины, снизит концентрацию до безопасного уровня. Но если твёрдость слишком велика – деформации не получится, трещина останется острой и помчится дальше беспрепятственно.

В Европе и Китае дифференциальную закалку обеспечивает толщина средней части меча: сердцевина остывает так медленно, что в ней восстанавливается исходная кристаллическая структура. Японцы перед закалкой покрывают почти весь меч – кроме режущего края – смесью глины с угольным порошком. Она гарантирует медленное охлаждение даже тонкого металла. Кроме того, чтобы гарантировать должную мягкость сердцевины, кузнец вставляет внутрь заготовки менее углеродистый брусок.

Катана легче западного меча той же длины, и действовать японский фехтовальщик может быстрее. Не зря катана – как кавказская шашка – носится лезвием кверху: один из основных боевых приёмов – удар сразу после выхватывания из ножен. По японскому обычаю доведения любого дела до уровня искусства трюк возведен в ранг особого мастерства – иаи .

Скоротечность удара оставляет мало места хитрым манёврам. Поэтому небольшая стальная пластина – цуба – защищает руку только от скольжения вражеского клинка вдоль своего: дуги, предотвращающие удар по руке сбоку, не нужны (у шашки, рассчитанной на удар с коня по пешему, нет даже простейшей защитной поперечины – так оружие выхватывается скорее, а встречный удар всё равно почти невозможен).

По краю глиняной обмазки – обычно узорному, волнистому – отчётливая граница калёной и сырой части: хамон . Кривизна хамона дополнительно страхует от прохождения трещины через весь меч: изгиб границы уводит напряжения в сторону.

Удлинившись, калёная кромка растягивает мягкую сердцевину, в свою очередь сжимаясь. Изгиб, созданный ударом, может породить трещину, лишь преодолев сжатие. Так в предварительно напряжённом железобетоне натянутая арматура предотвращает растрескивание цементного клея.

Японские мечи – в отличие от европейских и китайских – не обоюдоострые. Калёная режущая кромка – только с одной стороны. Из-за разницы в длине эта сторона становится выпуклой. Лёгкая кривизна не препятствует колющим ударам – и дополнительно заостряет кромку: удар, как правило, оказывается не строго перпендикулярен краю.

Если смотреть на клин не перпендикулярно кромке, угол его раскрытия оказывается меньше. Чтобы заострить клинок, надо бить с потягом на себя или изогнуть лезвие так, что удар пойдёт под углом к краю.

Выставленные в музее приношения храмам не только крупнее боевых мечей (под стать размеру богов), но и сильнее изогнуты: ширина закалённой части больше. От этого меч в целом хрупок – но боги земным оружием не дерутся.