刀究竟如何切開物質?

許錳


很多人認為刀切物體,是把分子之間的化學鍵切開了,即把原子和原子相互分離,從而切開物質。甚至有人認為是把原子都切開了。其實,這兩種觀點都是完全錯誤的,是一種想當然的直觀感覺。



刀切物體,真正並沒有切開原子之間的化學鍵、也沒有切開原子。

我們都知道原子通過化學鍵形成分子,然後分子通過非供價力形成物質。或者說有些金屬是直接通過原子之間的離子鍵直接形成宏觀物質。不論是共價鍵還是離子鍵,它們的鍵長都不會超過1納米,多數在0.1-0.5nm之間。我們現在的製造工藝,最厲害的也就是intel的芯片技術,也就是7nm左右。即便是碳納米管,也有1-2nm,原子力顯微鏡的探頭,也是納米級的。而我們使用的刀,最鋒利的也是微米級別的。假如把化學鍵或者離子鍵擴大成1米,則這把刀的刀刃至少就是10000米!所以,想要用刀切開一個化學鍵或者離子鍵,基本上是痴人說夢!化學鍵或者離子鍵,根本無法使用機械力直接切開的!



那麼,刀切開物體切開的是什麼呢?

其實,刀切物體僅僅是把物質之中的分子機械地分開了而已,確切地說是切開了分子之間的作用力,包括各種氫鍵、π-π相互作用力、電性吸引力等等。如果把一個物體放大幾萬倍,我們就會看到這些物質的顯微結構。在掃描電鏡下,物質都是由一小塊一小塊的小物體疊加在一起形成的,而且存在很多縫隙。刀切物體,僅僅是把這些小物體被迫地“壓”向了下面或者兩側,從而切開了物質,切開後刀刃上還會沾有很多這些小物體。



如果把這些微觀結構放大到我們的世界級別,刀刃看上去就是一個巨大的錘子在砸地球一樣。只不過這個刀刃的力量十分巨大,可以輕鬆地把地球砸穿而已。


科學探秘頻道


這個問題很有意思!我仔細想了想,如果要想搞明白這個問題,我們首先要清楚真正意義上的接觸物體。

我們接觸物體,接觸的到底是什麼?

我們經常會接觸物體,但是你有沒有想過我們觸摸的到底是什麼?

再國外網站有一個類似視頻,來討論這個問題。當我們坐在椅子上時,從微觀的角度看,其實我們是懸空的。這是為什麼呢?


因為一般而言,我們通常宏觀上說的各種物理作用力:例如說壓力、摩擦力、彈力等等,本質上都是兩坨原子的表面的電子在相互靠近時,因為同性相斥而產生的庫侖斥力。

至於為什麼我們接觸不同的物體其手感有所差異,是因為結構的不同。例如:軟硬/彈性——這和物體的晶格/結構有關。涼熱——這一般和外層電子的軌道特性(導熱能力)有關(有時候也要考慮上晶格結構,你要是考慮上氣體液體,那還得考慮對流傳導)。粘性——這一般和氫鍵有關。平滑——這和物體表面電磁場的強度分佈有關(一般來說能用手摸得出來的粗糙/顆粒感,在微觀上都是很大很大的一坨東西了)。

所以一般情況下,你能接觸到的,是物體表面原子的外層電子所形成的電磁場。

刀如何切開物質

從上面我們基本可以知道,不管是刀切物質還是剪刀剪開物質其實都是電子之間的斥力把原子推開了。



或者也可以說切割的本質就是在局部提供能量導致各種化學鍵和分子間的相互作用力斷開。所以真正意義上的接觸可能就只有父母的DNA在受精卵內用化學的方式共同創造一個新的生命,這同樣是電子層次的接觸。


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科學認識論


簡答來說,刀能夠切開物體是因為刀打斷了使物質束縛在一起的分子間鍵,而這種鍵較弱,較為容易被打斷。通過把刀壓在物體上往下推,使刀片兩側的物體向外,從而迫使分子分開,這樣就能切開物體。

對於大多數物體而言,會產生最大影響的分子間作用力是範德華力。範德華力的強度取決於分子量,分子量越高,這種作用力也就越強。

不過,範德華力實際上非常弱,它們只是阻止了物體自身發生解體。在其他情況下,還有其他分子間作用力在起作用,例如,次級鍵、金鍵、雙氫鍵。當刀切向物體時,刀刃最前面的原子滑入物體中間,分子間作用力很容易被克服掉,分子不再結合在一起,所以物體也就會被切開。

需要注意的是,雖然刀可以磨到很鋒利的程度,但它較難破壞強大的化學鍵(包括共價鍵、離子鍵、金屬鍵),更無法破壞原子本身。切割物體基本上破壞的是分子間作用力,導致分子被分開,從而能夠切開物體。

另外,在切割物體的過程中,刀上的一些鍵也在不斷地斷裂,原子/分子可能會發生相對移動,這就是導致刀鈍的原因。


火星一號


刀切開物質是力的作用方向問題鋒利的刀的刃口界面呈銳利的三角形, 從力的分解原理看,將刀背上垂直方向較小的壓力分解為兩側面上百甚至上千倍的側向壓力,從而將切口擴大,並將物體切開。

還有刀刃口界面的光潔度,也影響切開物質向下的阻力,光潔度越高阻力越小。

從材料上看,刀材料本身通常是原子結合力較強的剛性物體,硬度大於被切物體

所以刀刃口磨得比較銳利和光滑,用起來就鋒利

比它軟肉的就很容易切開,但遇到比它硬的石頭就切不開。


飄飛葉


切開的本質是克服物體分子之間的電磁力做功。


王俄語


已無厚入有間


Jergal


就是分子原子之間的作用,實質是電作用。刀的硬度是指的刀的組成部分的延展性,實質是刀組成部分的原子受侷限的程度,受侷限的程度越高,刀的硬度就越高,因而刀鋒處的原子侵入被切對象的原子分子的程度就越高,被切對象原子分子鏈被破壞,宏觀上就是刀把被切對象切開了。這問題經典物理學早就回答的很透徹了,沒有任何疑問,很簡單的問題。


紅界1


這個問題有意思?用手指頭想啊,還能切開原子,弄塊石頭切碎之後變成金塊了我還!


a衷相明


物質和物體您搞的清嗎?嬸


TONYG


破壞了分子間的相互作用力,如氫鍵,π鍵,離子鍵,偶極矩相互作用力等


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