Давайте разберемся, что такое острота ножа? Многие из школьного курса физики помнят, что давление - это приложенная сила деленная на площадь, то есть чем больше сила или меньше площадь, тем больше давление. Когда мы режем продукт мы соприкасаемся с ним площадью рержущей кромки ножа, причем площадь эта настолько маленькая, что её не видно невооружённым глазом. Как мы уже выяснили, чем меньше площадь, тем больше давление, и значит если у ножа такая маленькая площадь, то давление будет огромным и он будет с легкостью "продавливать" продукты, откуда можно сделать вывод, что чем меньше площадь острия ножа - тем он острее, то есть острота ножа - величина, связанная с площадью режущей кромки.
Средний нож имеет толщину режущей кромки всего несколько микрометров (1000 мкм = 1 мм), когда нож затупляется, толщина кромки становится почти в 100 раз больше, из-за чего тупым ножом уже намного сложнее "продавливать" продукты. В теории самый острый нож, который мог бы существовать, должен иметь толщину кромки в один атом, но на практике такого лезвия не существует, однако есть максимально приближенный к нему обсидиановый скальпель, толщина кромки которого равна 3 нанометрам, что примерно 30 атомов (1000 нм = 1 мкм). Можете представить какое гигантское давление создает такая кромка при резе?
Так вот, что с точки зрения физики представляет собой разрезание продукта? Вы можете удивиться, узнав, что разрез всегда начинается с трещины. На кухне мы используем нож, чтобы открыть и расширить трещину в продукте, который режем, независимо от того, режем ли мы аккуратно или агрессивно. Любой, кто много раз резал, знает, что нарезка принципиально отличается от шинковки. Почему? Для измельчения нужно просто надавить лезвием ножа вниз. Когда ваш нож касается поверхности ингредиента, проходит доля секунды, в течение которой продукт под лезвием сжимается в V-образную впадину. Мгновение спустя поверхностное натяжение продукта достигает предела и поверхность разрывается под действием сжимающей силы. Далее лезвие погружается вниз, распространяя трещину по продукту. Это можно сравнить с тем, как раскалывается бревно под резким ударом топора.
Нарезка отличается от измельчения тем, что нож прижимается с меньшей чем при шинковке силой, поэтому сжатие может оказаться недостаточным для возникновения поверхностной трещины. Вместо этого, при нарезке, когда лезвие движется по поверхности продукта, эта поверхность начинает растягиваться вслед за лезвием. Продукты как правило прочны при сжатии, но слабы при растяжении, именно поэтому сила растяжения легко разрывает поверхность без необходимости сильно нажимать, кроме того это приводит к более чистом срезу.
Почему лезвие растягивает поверхность? Всё очень просто - если рассмотреть лезвие под большим увеличением, то можно увидеть, что оно не идеально ровное, а содержит на своей поверхности много микро заусенцев, которые образуются в результате заточки. Эти заусенцы цепляются за микронеровности на поверхности продукта и под действием силы трения поверхность начинает растягиваться вслед за движением лезвия ножа. Если бы поверхность лезвия ножа была идеально ровной и без микро заусенцев, то нож бы не смог резать, потому что лезвие бы просто скользило по поверхности продукта.
Если взглянуть на процесс нарезки с химической точки зрения, то тут все немного сложнее. Сразу опровергну догадку о том, что вы разрезаете молекулы или атомы. На самом деле связи, которые сцепляют атомы в молекулы и тем более связи в самом атоме невероятно прочные за счет действия электромагнитных и ядерных сил и поэтому простым ножом разрушить их невозможно. Плюс к тому, очевидно, что ножи недостаточно острые, чтобы иметь кромку тоньше, чем молекулы, которые вы разрезаете. Но межмолекулярные силы, удерживающие молекулы продукта вместе, не такие сильные, чтобы противостоять приложенной силе давления лезвия ножа или силе трения при резке, поэтому когда вы режете продукт, связи между молекулами, которые удерживают форму продукта разрушаются из-за чего продукт перестает быть одним целым.
Кстати, при разрезании продуктов из органических веществ (а почти всё что мы готовим состоит из органических молекул) вы также можете разорвать на части и достаточно большие органические молекулы, например такие как белки. Хотя связи в них все еще довольно сильные, но приложенная сила/энергия оказывается достаточной чтобы их разорвать.
А теперь давайте разберем одну интересную задачку из школьного курса физики и на примере этой задачи наглядно увидим насколько велика сила давления во время нарезки продуктов. Для начала проведу небольшой эксперимент, чтобы понять с какой силой повар давит на нож во время нарезки. Я взял кухонные весы, положил на них яблоко и попробовал его разрезать, при этом я измерил вес, отобразившийся на весах. У меня получилось примерно 3 килограмма - это вес, при котором нож начинает разрезать яблоко. Зная вес - рассчитаем силу, с которой я давил на яблоко, F = m * g = 3 * 9.8 = 29.4 Ньютонов (округлим до 30 Ньютонов).
И наконец рассмотрим саму задачу - "Повар режет яблоко, нажимая на нож с силой 30 Ньютонов, длина лезвия ножа (L) равна 20 см, толщина режущей кромки (d) равна 0.005 мм (5 микрометров), что в принципе соответствует хорошо заточенному ножу. Какое давление оказывает лезвие ножа на яблоко?". Давайте считать: сначала определим площадь лезвия ножа. S = L * d = 0.2 * 0.000005 = 0,000001 м^2. Давление Р = F / S = 30 / 0,000001 = 30000000 Паскалей или 30 мега Паскалей! На самом деле - это огромное значение давления. С чем его можно наглядно сравнить? Представьте, что на крышу автомобиля с площадью равной одному квадратному метру давит вес 600 поставленных друг на друга взрослых слонов (каждый слон весит по 5 тонн)! За счет хорошо наточенного лезвия, нож повара давит на продукт с такой же колоссальной силой.
А что будет, если мы будем пользоваться тупым ножом? Давайте посчитаем - если нож затупится, то предположим, что толщина его режущей кромки станет не 5 микрометров, а например 200. При этом площадь лезвия ножа станет S = L * d = 0.2 * 0.0002 = 0,00004 м^2, а давление ножа на продукт станет Р = F / S = 30 / 0,00004 = 750000 Паскалей или всего 750 кило Паскалей, что в 40 раз меньше и в слонах это будет уже 15. Конечно это тоже не мало, но такая разница может сильно усложнить работу повара и нож будет резать гораздо хуже!
Вот так, немного любопытства и школьной физики, и мы получаем удивительные новые знания, которые можем применять в поварском искусстве!
#ЗаметкиГика