Вістря голки
Озброєним оком #2
Як ви вважаєте, яким може бути найгостріший ніж? Теоретично можна виготовити лезо, в перерізі є витягнутий трикутник, на вістря якого розташовується одна-єдина молекула. Але варто лише спробувати їм щось розрізати, як досконала гострота буде негайно втрачена: у місці торкання ножа та поверхні виникне величезний тиск.
Тиск визначається ставленням сили, що діє на поверхню, до її майдану. Наприклад, якщо ми натиснемо кінчиком пальця на стіл із силою 10 ньютонів (це приблизно відповідає вазі 1 кілограма), то ми створимо тиск 10Н/см² або 100 000 паскалів, оскільки паскаль дорівнює 1Н/м², а площа кінчика пальця — близько 1 см² .
Нехай наш гранично гострий ніж зроблений із заліза і має довжину 10 см. Розмір атома заліза – 0,1 нанометра (нанометр – мільярдна частка метра). Якщо припустити, що ми рівномірно натискаємо на все лезо з силою 10 ньютонів, то на вістрі буде тиск 1 трильйон паскалів. Це набагато перевершує межу міцності всіх мислимих матеріалів, як заліза. Тому вістря нашого ножа буде деформуватися доти, поки його площа не досягне такої величини, при якій тиск зрівняється з межею плинності матеріалу ножа. Для вуглецевих сталей він становить 200-350 мільйонів паскалей, що відповідає площі вістря 0,05-0,03 мм при силі натискання 10Н.
Таким чином, гранична гострота ножа виражається площею його вістря, залежить від сили, з якою ви ріжете, та міцності матеріалу ножа. Перед вами фотографія гострого кінчика голки. Його площа всього 0,003 мм², а це означає, що нам достатньо зусилля всього в 1 ньютон, щоб досягти тиску, граничного для міцності сталі.
Дякуємо занаданий матеріал Дмитра Колесникова, ДАІШ МДУ, кафедра астрофізики та зіркової астрономії, відділ релятивістської астрофізики та Саркіса Дагесяна, фізичний факультет МДУ, кафедра атомної фізики, фізики плазми та мікроелектроніки, лабораторія кріоелектроніки.