Вопрос, на самом деле, кажется очень простым. Но мы бы его не обсуждали, если бы там не была скрыта интересная физика всего процесса.
Итак, что такое "разрезать" с физической точки зрения? Обычно мы либо раскалываем материал (нажимая лезвием вниз), либо разрезаем (двигая лезвие вперёд и назад) подобно пиле. Как этому сопротивляется структура материала?
Для простоты рассмотрим кристаллическое строение материала. Как раз такая конструкция обычно и бывает у сталей. Она представляет собой кубик, в котором в вершинах распределены атомы железа, а в ней рассеяны атомы углерода. Для того, чтобы материал разделился на несколько половинок в результате воздействия ножа, нам нужно разорвать связи между атомами. Нож нажмёт на структуру разрезаемого материала с такой силой, что взаимодействие между атомами будет нарушено и образуется две половинки.
При этом важной характеристикой является твёрдость. Механическая твёрдость так и описывается - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого тела, называемого индентором.
Сама твёрдость определяется силой связи между атомами, а более твёрдое тело логично разделит менее твёрдое. Остаётся лишь приложить достаточную силу и ожидать, что прочность ножа окажется достаточной.
Гипотеза о простоте разделения стального материала тончайшим ножом (как, впрочем, и любого другого) основана на том, что лезвие ножа должно легко попасть в промежуток между атомами и отделить их друг от друга. Но это лишь вершина айсберга и процесс так не работает.
«Острота» лезвия обусловлена малым радиусом, который легко проникает в поверхность разрезаемого материала и разрушает его атомные связи. «Твёрдый» материал будет до определённой степени сопротивляться такому разрыву, но тонкая кромка будет прижиматься к поверхности до тех пор, пока давление ножа не создаст сдвигающие усилия, превышающие максимальное усилие сдвига, разрушающее материал. При этом разрезаемый материал давит обратно, и незначительные изъяны в материале ножа приведут к его поломке, что приведёт к затуплению лезвия.
Из сказанного очевидно, что сложность разрезания зависит не только от остроты или твердости ножа, но и от трения между лезвием и образовавшейся прорезью. Несмотря на то, что атомы отделились друг от друга, остальной материал остался. Более того, пока не успели произойти процессы окисления и прочее, а расстояние между атомами испытуемого материала невелико, края будут стремиться срастись обратно под действие естественных процессов. Мы получим систему, где поверхность ножа трётся о разрезаемый материал.
Если это возникающее трение сильнее, чем вы можете надавить, то не имеет значения, насколько острым может быть кончик лезвия. Вы не сможете разрезать материал до конца.
Хороший пример - сыр. Попробуйте разрезать его широким ножом, например, тесаком. Это может быть просто невозможно. Поэтому сырорезки используют проволоку.
Сталь не обладает особенно высоким коэффициентом трения, но она будет очень прочно удерживаться на лезвии, а трение является произведением коэффициента трения материала соединения и силы, с которой они соединяются вместе.
Так что из чего бы ни был сделан нож, каков бы ни был радиус его лезвия (помните, что существует минимальный радиус, заданный принципом неопределённости Гейзенберга, чуть ниже опишу суть), резка означает, что необходимо нарушить локальную целостность разрезаемого материала. В конечном итоге связи атомов где-то должны быть разделены. Остальное перемещается по краям ножа.
Теперь про неопределенность. Мы полагаем, что толщина лезвия - один атом. Принцип неопределённости предполагает наличие очень острого участка кромки, но неизвестно... где он находится. С другой стороны, вы видите чётко определённый участок кромки, но неясно, каков его радиус. Это определяется эффектом наблюдателя.
Ну а если говорить про существующие примеры, то самые острые лезвия на Земле - лезвия из обсидиана. Обсидиановые лезвия могут иметь лезвие толщиной в один атом (всего 3 нанометра, или 1/500 от толщины сверхострого стального скальпеля). Обсидиан очень хрупкий и используется только в особых случаях, но даже если положить обсидиановое лезвие на материал, оно не просто прорежет его насквозь. Придётся приложить определённую силу (а если положить его на кусок стали, оно просто останется лежать).
Не забывайте ставить лайки 👍 и подписываться на канал ✔️, если материал понравился! Так вы увидите больше интересных статей, а моему каналу это поможет развиваться.
