връх на игла

Въоръжено око #2

игла

Кой според вас е най-острият нож? Теоретично е възможно да се направи острие, което в напречно сечение представлява удължен триъгълник, на върха на който има една молекула. Но човек трябва само да се опита да отреже нещо с него, тъй като перфектната острота веднага ще бъде загубена: ще възникне огромно налягане в точката на контакт между ножа и повърхността.

Налягането се определя от съотношението на силата, действаща върху повърхността, към нейната площ. Например, ако натиснем върха на пръста си върху маса със сила от 10 нютона (което е приблизително еквивалентно на теглото от 1 килограм), тогава ще създадем налягане от 10N/cm² или 100 000 паскала, тъй като паскалът е 1N/m² и площта на върха на пръста е около 1 cm².

Нека нашият изключително остър нож е изработен от желязо и има дължина 10 см. Размерът на един железен атом е 0,1 нанометра (един нанометър е една милиардна от метъра). Ако приемем, че прилагаме 10 нютона сила равномерно върху цялото острие, тогава върху върха ще има налягане от 1 трилион паскала. Това далеч надхвърля крайната якост на всички възможни материали, не само на желязото. Следователно върхът на нашия нож ще се деформира, докато площта му достигне стойност, при която приложеното налягане е равно на границата на провлачване на материала на ножа. За въглеродни стомани е 200-350 милиона паскала, което съответства на площ на върха от 0,05-0,03 mm² със сила на натиск от 10N.

По този начин крайната острота на ножа се изразява чрез площта на върха му, зависи от силата, с която режете, и здравината на материала на ножа. Пред вас е снимка на острия връх на иглата. Площта му е само 0,003 mm², което означава, че се нуждаем само от сила от 1 нютон, за да достигнем налягането, ограничаващо якостта на стоманата.

Благодаря запредоставени материали от Дмитрий Колесников, SAI MSU, Катедра по астрофизика и звездна астрономия, Катедра по релативистична астрофизика и Саркис Дагесян, Физически факултет, MSU, Катедра по атомна физика, физика на плазмата и микроелектроника, Лаборатория по криоелектроника.