Вы, наверное, стояли над раковиной в ванной или в душе и задавались вопросом: как это возможно, что ваши волосы могут затупить стальную бритву?
Ученые задавались тем же вопросом, и теперь у нас есть ответ, и этот ответ - неоднородность.
Победитель по волосам
Волосы действительно мягче стали. Она примерно в 50 раз мягче нержавеющей стали, используемой в бритвенных лезвиях. И все же лезвия, которые мы используем для бритья, довольно быстро тупятся. Группа ученых из отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института хотела выяснить, почему так происходит, и результаты их работы были опубликованы 6 августа 2020 года в журнале Science .
Исследователь Джанлука Рошиоли сбрил волосы на лице одноразовой бритвой и взял их в лабораторию для исследования с помощью сканирующего электронного микроскопа он обнаружил, что края металла не округляются и не изнашиваются, как можно было ожидать. Вернее, они трескались и ломались.
Поэтому он создал механизированный бритвенный аппарат в лаборатории для более контролируемого тестирования с использованием своих волос и волос своих коллег по лаборатории. Вся машина поместилась внутри электронного микроскопа что само по себе удобно.
Отколоть старое лезвие бритвы
Таким образом, команда пошла еще дальше и создала компьютерное моделирование с большим количеством вариаций: разные волосы, разные углы стрижки, направление силы и материалы, из которых изготовлено лезвие.
Они обнаружили, что сколы появлялись при трех условиях:
- Когда лезвие подошло к волосам под углом;
- Когда клинок был неоднородным по составу;
- Когда волосы встретились с лезвием в слабом месте.
«Наше моделирование объясняет, как неоднородность материала может увеличить нагрузку на этот материал, так что трещина в лезвии может расти, даже если напряжение создается таким мягким материалом, как волосы», - говорит К. Джем Тасан, адьютант-сотрудник Томаса Б. Кинга профессора металлургии Массачусетского технологического института и исследования.
«Неоднородный» означает, что материал лезвия неоднороден. Существуют микроскопические дефекты, которые позволяют сколам образовываться при контакте с волосами. А там, где один скол, будет еще больше сколов, в результате чего лезвие затупится.
В настоящее время исследователи работают над более однородным материалом для более острых и долговечных лезвий.