对力学学科的认识】. 2【力与刀】 . 3【刀的历史地位与现代战斗刀的价值】. 3【武士刀制作基本工序】 . 5【部分制作工艺的力学简析】 . 7一、钢材性质与含碳量. 7二、用血汗换取质素的艺术. 8——“折返锻炼”对钢材质地与铁晶体的影响. 8三、刀身横截面结构. 9——讨论“造边”技艺中在刀身各个部位钢材搭配的效用 . 9四、钢材热处理过程. 10 ——讨论“烧入”、“合取”工序对刀身的影响. 10 【对武士刀锻造工艺的理解】 11 【对力学概论的感悟与建议】 12 【对力学学科的认识】【力学史 】力学的发展在历史年代顺序上和学科逻辑顺序上大体相同, 这种发展反映出人类认识由简单到复杂逐步深化的过程牛顿定律的建立是力学发展过程中重要的里程碑 . 经典力学从此奠定基础并根据学科自身的逻辑规律发展着.在近代和现代 , 力学随着研究内容的深入和研究领域的扩大逐渐形成各个分支,近年来又出现了跨分支 , 跨学科综合研究的趋势 . 力学的发展是分析和综合相结合的过程从总的发展趋势来看， 牛顿运动定律建立以前力学研究的历史大致可分为两个时期：①古代 , 从远古到公元 5 世纪，对平衡和运动有初步的了解; ②中世纪 , 从 6 世纪到 16 世纪, 这个时期对力、运动以及它们之间的关系的认识已有进展，为牛顿运动定律的建立作了准备。
牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历史大致可分为四个时期：①从17 世纪初到 18 世纪末，经典力学的建立和完善化；②19 世纪, 力学各主要分支的建立；③从 1900 年到 1960 年, 近代力学，它和工程技术特别是航空、航天技术密切联系；④1960年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合当然，各个时期的分界年代并不是绝对的现代力学 】现代力学对计算机的科学计算十分依赖体现为力学各学科众多软件的广泛应用力学在土木工程、机械工程、航空航天工程、水利工程、船舶工程、能源工程等众多领域有着广泛的应用同时，与其他学科交叉产生了众多交叉学科 如生物力学中的骨力学、 软组织力学、 心脏力学血液流变学和血流动力学总的来说，力学的发展史蕴含着一门科学发展的规律，对现代力学在现代社会应用广泛而深远力与刀】——以日本武士刀为例，讨论力学在制刀业的应用【刀的历史地位与现代战斗刀的价值】在现代战场， 战刀作为一种冷兵器， 虽然已经没有冷兵器时代战争中的核心地位，但即是与枪支相比， 战刀以其隐秘性和可靠性， 仍是在特殊战线上行动的士兵最信赖的战友刀自古以来就是英雄和权力的象征与化身作为工具，它是日常生活和应急 生存的好帮手； 作为武器， 它被战士视为生命一般重要。
据说美国的精锐部队中 流传着这样一句名言：“One knife ，one life” ，有人直译为“一把刀，一条命” ， 意译可理解为“好刀伴一生” 一把好刀的重要性不言而喻，它不仅能协助战士 完成特殊使命， 保护自己和战友的生命安全，而且作为随身战斗工具， 它还能给 予战士坚强的信念支持力学在现代的众多领域应用深广其中材料力学， 结构力学等， 在起到十分重要的作用 在新榜网的世界十大著名军刀中的冷钢三美武士刀，其优良的力学性质引人注目现代军刀赏析——冷钢三美武士刀】三美 III （San Mai III ） ： （Cold Stell公司出品）用的是一种非常昂贵的，传统风格的日本碾压钢 以坚硬的高碳不锈钢夹在中间作为刀刃的核心， 上下各加一层韧性和弹性都很好的不锈钢来辅助和增强，最后的成品具有两种材料钢的特性，这种碾压出来的钢材比特韧的 AUS 8A坚固 25% 三美 III的特征是刀锋处的线涡纹路， 遍及整个刀刃的边缘，是由于打磨时各钢层显露出来而形成的每把刀的线纹长度各有不同，因为每一片三美 III都是独一无二的象AUS 8A不锈钢一样， 三美 III由现代精确传送熔炉热处理和零下低温淬水流程， 改进钢材的微观结构，去掉杂质。
最后的成品刀刃比一般不锈钢刀刃具有更好的弹性和保持性（硬度可达到 60 以上） ，刀身也具有非常好的韧性①三美武士刀以低碳钢（韧性和弹性较强）与高碳钢（硬度较高）组合以达到刀刃坚硬而刀身不易断的优良特质而这种方法， 源自日本传统武士刀的制作工艺武士刀简介 】日本刀（にほんとう， Nihontou ），由唐代的唐刀改良而成 ，在日本又称为刀（かたな， Katana ）全称为平面碎段复体暗光花纹刃，世界三大名刃之一依据形状、尺寸分为太刀、打刀（刀）、胁差（胁指）、短刀等一般日本刀柄与刀刃的比例是1:4 ，刀柄双手持握， 劈杀有力， 其弯曲程度控制在“物打”（又称“物内”）即锋尖下 16.7mm处， 砍劈时此处力量最大， 十分符合力学原理 刀背称“栋”或“脊”，用以抵挡攻击，有平、庵、三、丸四种日本刀的材料钢，被称作和钢（わこう，Wakou ）或玉钢（たまはがね，Tamahagane ）锤锻的方法有很多，如十字锻、折子木锻、短册锻、木叶锻等，纹样各异②传统武士刀锻造业作为一种人工密集型产业，注定无法批量生产在日本封建时期，也仅有身为贵族的“武士”阶级才能佩刀而到了明治维新开始， 1873 年开始禁止武斗，1876 年禁止警察，军人以外的人带刀的废刀令出台，日本刀锻造行业急速衰退。
到现代，作为一项传统工艺，传统武士刀锻造法仍在日本的制刀师傅中传承另一方面，武士刀演变自唐刀，武士刀锻造业在其千百年的发展中，刀匠大师们总结了种种经验从钢材的冶炼，挑选，到钢材在刀身不同部位的搭配，再到成形刀的热处理过程，处处蕴含着丰富的力学知识武士刀制作基本工序】不同的刀工流派， 在不同的年代， 都有不同的制刀方法， 以下只能约略列出 一般典型的制刀步骤：第一步 . 「水挫」 (Mizuheshi)——又称为「水减」即是将「玉钢」加热 并锤打成厚度为约5mm 的薄片听起来像是很简单的工序，其实不然. 为了 控制钢材的含碳量 (含碳量的保留 / 流失) ， 加热的次数有严格限制； 而且 「玉钢」 的硬度在其续渐冷却时会有所改变 只有经验老到的刀匠才能准确把握施锤力度 的变化，在限定的加热次数下将「玉钢」打链成厚薄均一的薄片钢片成形后， 刀匠会用水将其急速冷却 含碳量足够的部份会自然碎落，作为制刀的材料 刀 匠要对钢片的温度和用水的份量有极准确的把握，才能够收集到含碳量合适的材 料余下的部份，刀匠会留待将来再用以现代材质学的角度来看，这个步骤算 是刀匠控制钢材含碳量的手法第二步 . 「小割」 (Kowari)——将钢料打碎成2 到 3 cm长短的细块。
不碎 的部份就是含碳量过低，有些刀匠会用这个来制作刀剑的「芯 铁」第三步 . 制作烧台——烧台将会成为刀身的一部份，所以必 需以优质的「玉钢」制造 ( 烧棒不是刀身部份，可以用任何钢 料制作 ) 第四步 . 「积重」 (Tsumikasane) ——将「小割」工序 所得的碎钢块一层一层的焊接在烧台之上，如此热力就可以 均匀传递钢块的热黏性对焊接的效果有决定性的影响，而 热黏性则取决于钢材的纯度和含碳量，所以选用「玉钢」和 进行第一步的「水挫」工序是必要的不同的刀工流派有不 同的焊接方式 . 平行排列的焊接称为 「短册锻」 ，交差排列的称为 「拍木锻」， 十字形排列的称为「木叶锻」或「十文字锻」以锻造一支「刀」(「打刀」) 为 例，就需要积聚约2 到 3 kg 的钢材第五步 . 「积沸」 (Tsumiwakashi) ——将「积重」工序办好的物料放回炉 火，以确保钢料能够完全焊合为确保钢料与空气完全隔绝( 以免炉火消耗钢材 中的含碳量 ) 和容许细慢而均匀的热力处理， 置入炉火前刀匠会将钢料用沾满泥 汁和稻草灰的和纸将钢料紧紧包好刀匠必需小心掌握炉火的温度和加热的时 间第六步 . 折返锻炼将「积沸」工序办好的钢料捶打 至扁平，再折叠重回焊接，如此反复。
若重复 10 次，可以造出有 1024 层 的钢材（ 2 的 10 次方）第七步 . 「造边」——依照刀身不同部位的力学性质需 要搭配钢材典型的“皮铁包芯铁”法是将一层刚硬的「皮铁」(Kawatetsu) 包裹着另一 柔韧的「芯铁」 (Shintetsu)，焊合「皮铁」由含碳量较高的「玉钢」经10 到 15 次的「折返锻炼」制成，而「芯铁」则以由含碳量较低的「庖丁铁」或用含 碳量低的「玉钢」 )经 5 到 6 次的「折返锻炼」制成第八步 . 「素廷」 将「造边」工序准备好的混合钢材打造成长条形，成为刀身的基本形状第九步 . 打造「切先」为确保「切先」与刀身有同样的混合钢材分布，也 为了得到通顺的表面纹理，刀匠会将刀尖斜斜切去一段 (尖角在边锋的位置 )，再以小锤将尖角打造成向后的弯 弧，成为「切先」制作「切先」是最考究手工的步骡， 所以由制成品的「切先」可以看出刀匠本身的功力第十步 . 「火造」 以小锤将刀身各部份打造成形和修正第十一步 . 「烧入」 最后的火锻工序：刀匠用粘土、木炭粉和磨刀石的粉末调制「烧刃土」 (Yakibatsuchi) (不同的流派有不同的成份和调制法) ，再将成形的刀身用「烧 刃土」包封。
「刃」的范围用土较薄，「镐地」和「栋」的范围用土较厚基 本上，「烧刃土」的分布可以由完成品的「刃文」看出一点泥封好的刀身会被 放到摄氏 750 至 760 度的炉火之中经过特定的加热时间，刀匠就会将刀身移 离炉火，再放到水中急速冷却，即是“ 淬火“ 急速淬火，会产生高硬度的麻田散 铁（亦即是马氏体martensite ）第十二步 . 「合取」将烧刃过后的刀重新置回火床上，经过一短暂的特定时 间和温度，立即取出刀体，完成回火之动作，即为回火第十二步 . 锻冶押、刀身雕刻、铭入 再经过初步的打磨、开「目钉穴」、锉「鑢目」、刻「铭」等工序后，刀匠 的责任可以说是到此为止了一般来说，日本刀的「研磨」、造鞘、金银装饰、 卷柄等工序另有专人负责，不是刀匠的工作范围③【部分制作工艺的力学简析】一、钢材性质与含碳量制作刀剑的钢材，有两个基本属性需要考虑，一是硬度，二是冲击韧性依 照材料力学的定义， 硬度是金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力（也就是这 把刀能够切割多硬的东西） ，冲击韧性 是材料抵抗冲击载荷的能力制刀过程中，钢材选择上， 追求刃 口的硬度与刀身整体的冲击韧性兼 备格斗中，刃口则应足够坚硬，以 保证其锋利程度以及刃口不致崩坏； 而刀身应具有一定冲击韧性，以免在 对方兵器的冲击下，刀身轻易折断。
然而，即使刀身整体冲击韧性足够， 也并非追求整体的硬度越高越好， 刀背 如果跟刀锋一样硬度很高， 那么冲击时 刀刃吸收的能量过大， 刀刃将会容易碎 裂在不同含碳量钢材中， 这两种属性 在一定程度上表现出负相关关系， 钢材 含碳量越高，硬度就越高， 打造出来的 刀越锐利，但是韧性不够， 易折断；而 钢材含碳量越低， 韧度越高，打造出来 的刀越不容易崩坏， 相应的硬度也就越 低总的来说，日本刀的材料主要为 「玉钢」(Tamahagane) 碳含量 1.0 到 1.7%和「庖丁铁」约为 0.1 到 0.3%从图中可看出，普通碳素钢的碳含量与布氏硬度、 冲击功的关系 （冲击功越大，材料表现出来的冲击韧性越低）二、用血汗换取质素的艺术——“折返锻炼”对钢材质地与铁晶体的影响日本古时一直未有机会发展高温炼炉的技术，要炼制均质的刀剑就非常困 难为克服这个问题，刀匠采用「折返锻炼」的技术「折返锻炼」可以提高钢 材均质程度，使铁晶体1更细致，同时也能减少杂质，将「积沸」工序办好的钢料捶打至扁平，再折叠重回焊接，如此反复层次 愈多，钢材中的碳和各种成份就会更加均一，铁晶体也会更细致， 制成品的强度 亦会较高。
( 注：不过层次越多，也意味着钢材在炼炉中的时间越长，钢材中的 碳含量亦可能会流失过多， 制成品的硬度就会受到影响， 锋利程度亦会有所限制 因此，日本的刀剑通常不会经过15 次。