Текст уведомления здесь

Острие иглы

Вооруженным глазом #2

Добавить в закладки
Комментарии
Фото сделано с помощью сканирующего электронного микроскопа ZEISS SUPRA
Как вы думаете, каким может быть самый острый нож? Теоретически можно изготовить лезвие, в сечении представляющее собой вытянутый треугольник, на острие которого располагается одна-единственная молекула. Но стоит только попробовать им что-то разрезать, как совершенная острота будет немедленно утрачена: в месте касания ножа и поверхности возникнет огромное давление.

Давление определяется отношением силы, действующей на поверхность, к ее площади. Например, если мы надавим кончиком пальца на стол с силой 10 ньютонов (это примерно соответствует весу 1 килограмма), то мы создадим давление 10Н/см² или 100 000 паскалей, так как паскаль равен 1Н/м², а площадь кончика пальца — около 1 см².

Пусть наш предельно острый нож сделан из железа и имеет длину 10 см. Размер атома железа — 0,1 нанометра (нанометр — миллиардная доля метра). Если предположить, что мы равномерно надавливаем на все лезвие с силой 10 ньютонов, то на острие будет давление 1 триллион паскалей. Это намного превосходит предел прочности всех мыслимых материалов, не только железа. Поэтому острие нашего ножа будет деформироваться до тех пор, пока его площадь не достигнет такой величины, при которой оказываемое давление сравняется с пределом текучести материала ножа. Для углеродистых сталей он составляет 200—350 миллионов паскалей, что соответствует площади острия 0,05—0,03 мм² при силе нажатия 10Н.

Таким образом, предельная острота ножа выражается площадью его острия, зависит от силы, с которой вы режете, и прочности материала ножа. Перед вами фотография острого кончика иглы. Его площадь всего 0,003 мм², а это значит, что нам достаточно усилия всего в 1 ньютон, чтобы достичь давления, предельного для прочности стали.

Благодарим за предоставленный материал Дмитрия Колесникова, ГАИШ МГУ, кафедра астрофизики и звездной астрономии, отдел релятивистской астрофизики и Саркиса Дагесяна, физический факультет МГУ, кафедра атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники, лаборатория криоэлектроники.
Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы