電影裡的細絲真的能將人大卸八塊嗎?有何科學原理?

电影里的细丝真的能将人大卸八块吗?有何科学原理?

有時候我們會在電影裡看到細絲將肉體大卸八塊的場景,比如《生化危機》《復仇者聯盟》。

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那麼在現實生活中,這種情況真的有可能發生嗎?

理論上來講是可能的,在具體解釋之前,我們先介紹一下“應力”這個對大部分人來說既陌生又不陌生的概念。

應力表示物體單位面積所受的力,有的人一聽可能會反問,這不就是壓強嗎?大家中學都學過,的確,應力和壓強有著相同的單位,但在實際應用中,卻有著天壤之別。

區別一:

壓強主要用在氣體和液體(統稱流體)中,如水壓,大氣壓等等,均用壓強來表示。而應力則主要用在固體材料中,在工業領域,比如我們不會說一塊鋼板受到了多大的壓強,而會去分析他受到的應力。

區別二:

應力的概念比壓強要豐富的多。壓強表達的是籠統的概念,並不能體現出物體具體的受力狀態。而應力則更具體,應力可分為正應力和切(剪)應力,一個物體是否會破壞,是有這兩個應力的綜合作用決定的。

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物體受力的應力圖,其中σ是正應力,τ是切應力。

在生活中,比如撕開一張紙,那這張紙受到的主要應力是切應力,而踩一腳泥巴,那泥巴受到的應力主要是正應力。如果用腳在地上摩擦,那麼鞋子受到的力也主要是切應力,切應力過大也可導致鞋子被破壞(磨破)。

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磨破的鞋底

正應力和切應力的綜合作用在材料力學中通常稱之為等效應力,等效應力的大小可以直接用來衡量物體是否會被破壞。也就是說,每一類材料,都有它能承受的最大等效應力,這個值我能稱之為抗拉強度,一旦物體所受到的等效應力超過其抗拉強度,那麼該物體就會被破壞(斷裂、脆裂)。

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脆裂的鋼化玻璃膜

講到這裡,我們再來看。

為什麼我們生活中、戰爭中用的刀、槍要做得鋒利呢?或者說要把刀槍的刃口做得很薄、很尖銳?同樣是切一塊肉,好的刀你只要輕輕一施力,肉就被切成了兩半,而鈍化了的刀切半天也切不開。

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這些結果其實都是有應力決定的,應力是單位面積所受的力,即:

σ=F/A

其中σ為應力(這裡可以是正應力或切應力),F為力,A為接觸面積。

可以看到,在同樣力的作用下,即F相同,若面積A減小,那麼F/A就會增大,也就是應力σ會增大。

我們再回頭看,其實也就不難理解為什麼鋒利的刀切肉很容易了,因為鋒利的刀與肉實際接觸面積很小,你只需要較小的力就可以使肉受到很大的應力,從而更容易達到肉的應力極限,也就是肉的抗拉強度,進而把肉切開了。

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講到這裡,有人會著急的問,講了半天,和細絲有什麼關係?細絲又不是刀,我們都知道刀能切東西,細絲不一定可以啊。

其實,無論是細絲還是刀,它們的刃口都不是完全鋒利的,也就是說並不是無限小的。這裡以一把小刀為例,作者在顯微鏡不同放大倍數下做了實際觀測,可以看到,原本鋒利的小刀,其實在放大之後它的刃口並不是所謂的“完全鋒利”的,而趨向於一個圓弧。這恰恰是細絲的表面特徵,因為絲也是圓形的。

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從上述的分析中可以看到,當絲足夠細的時候,它其實就相當於刀的刃口,越細的絲就對應著越鋒利的刀。顯然,只要絲的強度足夠大,一樣可以削鐵如泥,普通肉體自然也不在話下。其實在機械行業中就有用細絲來加工金屬的工藝,叫做線切割,雖然不是單純的用線來割鋼鐵,但也揭示了細絲在切割行業的作用。當然,在夏天用細絲來將西瓜分成多等份也是不錯的選擇。

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文中圖片由作者提供

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