刀究竟如何切开物质?

许锰


很多人认为刀切物体,是把分子之间的化学键切开了,即把原子和原子相互分离,从而切开物质。甚至有人认为是把原子都切开了。其实,这两种观点都是完全错误的,是一种想当然的直观感觉。



刀切物体,真正并没有切开原子之间的化学键、也没有切开原子。

我们都知道原子通过化学键形成分子,然后分子通过非供价力形成物质。或者说有些金属是直接通过原子之间的离子键直接形成宏观物质。不论是共价键还是离子键,它们的键长都不会超过1纳米,多数在0.1-0.5nm之间。我们现在的制造工艺,最厉害的也就是intel的芯片技术,也就是7nm左右。即便是碳纳米管,也有1-2nm,原子力显微镜的探头,也是纳米级的。而我们使用的刀,最锋利的也是微米级别的。假如把化学键或者离子键扩大成1米,则这把刀的刀刃至少就是10000米!所以,想要用刀切开一个化学键或者离子键,基本上是痴人说梦!化学键或者离子键,根本无法使用机械力直接切开的!



那么,刀切开物体切开的是什么呢?

其实,刀切物体仅仅是把物质之中的分子机械地分开了而已,确切地说是切开了分子之间的作用力,包括各种氢键、π-π相互作用力、电性吸引力等等。如果把一个物体放大几万倍,我们就会看到这些物质的显微结构。在扫描电镜下,物质都是由一小块一小块的小物体叠加在一起形成的,而且存在很多缝隙。刀切物体,仅仅是把这些小物体被迫地“压”向了下面或者两侧,从而切开了物质,切开后刀刃上还会沾有很多这些小物体。



如果把这些微观结构放大到我们的世界级别,刀刃看上去就是一个巨大的锤子在砸地球一样。只不过这个刀刃的力量十分巨大,可以轻松地把地球砸穿而已。


科学探秘频道


这个问题很有意思!我仔细想了想,如果要想搞明白这个问题,我们首先要清楚真正意义上的接触物体。

我们接触物体,接触的到底是什么?

我们经常会接触物体,但是你有没有想过我们触摸的到底是什么?

再国外网站有一个类似视频,来讨论这个问题。当我们坐在椅子上时,从微观的角度看,其实我们是悬空的。这是为什么呢?


因为一般而言,我们通常宏观上说的各种物理作用力:例如说压力、摩擦力、弹力等等,本质上都是两坨原子的表面的电子在相互靠近时,因为同性相斥而产生的库仑斥力。

至于为什么我们接触不同的物体其手感有所差异,是因为结构的不同。例如:软硬/弹性——这和物体的晶格/结构有关。凉热——这一般和外层电子的轨道特性(导热能力)有关(有时候也要考虑上晶格结构,你要是考虑上气体液体,那还得考虑对流传导)。粘性——这一般和氢键有关。平滑——这和物体表面电磁场的强度分布有关(一般来说能用手摸得出来的粗糙/颗粒感,在微观上都是很大很大的一坨东西了)。

所以一般情况下,你能接触到的,是物体表面原子的外层电子所形成的电磁场。

刀如何切开物质

从上面我们基本可以知道,不管是刀切物质还是剪刀剪开物质其实都是电子之间的斥力把原子推开了。



或者也可以说切割的本质就是在局部提供能量导致各种化学键和分子间的相互作用力断开。所以真正意义上的接触可能就只有父母的DNA在受精卵内用化学的方式共同创造一个新的生命,这同样是电子层次的接触。


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科学认识论


简答来说,刀能够切开物体是因为刀打断了使物质束缚在一起的分子间键,而这种键较弱,较为容易被打断。通过把刀压在物体上往下推,使刀片两侧的物体向外,从而迫使分子分开,这样就能切开物体。

对于大多数物体而言,会产生最大影响的分子间作用力是范德华力。范德华力的强度取决于分子量,分子量越高,这种作用力也就越强。

不过,范德华力实际上非常弱,它们只是阻止了物体自身发生解体。在其他情况下,还有其他分子间作用力在起作用,例如,次级键、金键、双氢键。当刀切向物体时,刀刃最前面的原子滑入物体中间,分子间作用力很容易被克服掉,分子不再结合在一起,所以物体也就会被切开。

需要注意的是,虽然刀可以磨到很锋利的程度,但它较难破坏强大的化学键(包括共价键、离子键、金属键),更无法破坏原子本身。切割物体基本上破坏的是分子间作用力,导致分子被分开,从而能够切开物体。

另外,在切割物体的过程中,刀上的一些键也在不断地断裂,原子/分子可能会发生相对移动,这就是导致刀钝的原因。


火星一号


刀切开物质是力的作用方向问题锋利的刀的刃口界面呈锐利的三角形, 从力的分解原理看,将刀背上垂直方向较小的压力分解为两侧面上百甚至上千倍的侧向压力,从而将切口扩大,并将物体切开。

还有刀刃口界面的光洁度,也影响切开物质向下的阻力,光洁度越高阻力越小。

从材料上看,刀材料本身通常是原子结合力较强的刚性物体,硬度大于被切物体

所以刀刃口磨得比较锐利和光滑,用起来就锋利

比它软肉的就很容易切开,但遇到比它硬的石头就切不开。


飘飞叶


切开的本质是克服物体分子之间的电磁力做功。


王俄语


已无厚入有间


Jergal


就是分子原子之间的作用,实质是电作用。刀的硬度是指的刀的组成部分的延展性,实质是刀组成部分的原子受局限的程度,受局限的程度越高,刀的硬度就越高,因而刀锋处的原子侵入被切对象的原子分子的程度就越高,被切对象原子分子链被破坏,宏观上就是刀把被切对象切开了。这问题经典物理学早就回答的很透彻了,没有任何疑问,很简单的问题。


红界1


这个问题有意思?用手指头想啊,还能切开原子,弄块石头切碎之后变成金块了我还!


a衷相明


物质和物体您搞的清吗?婶


TONYG


破坏了分子间的相互作用力,如氢键,π键,离子键,偶极矩相互作用力等


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