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为什么柔软的纸,也能割伤手指?

能不能割伤手指,跟坚硬还是柔软关系不大,关键在于割伤手指的东西是否锋利。锋利可以理解成两重意思:一是接触面够不够小——在纸片割手指这个例子里,就是纸片够不够薄;二是接触面能不能施加压力。对于第一条,办公用纸显然是足够薄的,跟刮胡刀片比也差不了多少。第二条就有点让人困惑了,纸明明很柔软,又怎么能施加压力呢?

不妨拿起手边的纸,做个小实验吧。以打印纸为例,在垂直于纸面的方向上,纸当然是柔软的,似乎可以任意弯曲和折叠。不过,在跟纸面平行的方向上,纸的边缘还是相当有韧性的,想让它向纸面内弯折,得用不小的力气才行。这样一来,纸片边缘就可以对手指施加一定的压力,再加上纸片够薄接触面够小,因此压力在手指上便产生了很大的压强,割破手指也就不足为奇了。


坚硬的钢刀与柔软的纸张常常形成鲜明的对比,钢刀锋利无比,纸张只能被人折来折去,在刀下也毫无招架之力。但有时候人在刀刃之上安然无恙,一张纸却使你鲜血直流。

想必很多人看过刀枪不入的特技表演,尤其是苗族、土家族的“上刀山”,演员可以赤脚踩着由一条条刀刃朝上的尖刀组成的阶梯爬上十米高的竹竿,爬下后竟毫发无损。坐在办公室里,经常使用A4纸打印的朋友经常有这样的经历:刚刚购买的纸张,还未使用,自己的手反倒成了纸张边缘下牺牲品。

在这两个事例中,为何纸变得如此有杀伤力,钢刀却黯然失色了呢?

让我们首先看一下“上刀山”的演员,他们自然受过长时间专业训练,如果让普通人去爬,后果不堪设想。但其中也蕴含着一定技巧,其一,爬刀山的演员手脚并用,手在不接触刀刃的情况下抓住上一层的刀片,为踩在下层刀片上的脚分担了很多压力,其二,演员忍着疼痛,努力使在刀上的脚不发生滑动。

这两点揭示了除硬度外,决定刀片是否对我们有杀伤力的另外两个因素:刀与人之间压力产生效果的大小,刀相对于人运动快慢。

柔软的纸张一反常态、发疯割人的原因也可以从这两个方面考虑,首先刚刚购买的纸张边缘在经过生产过程中切纸机切割之后,未经磨损,厚度很薄,边缘笔直,我们不小心碰到纸时,手对纸的压力未必非常大,但是与纸接触面积很小,整个力集中到毫厘之间,压强很大,故产生杀伤力。另一方面,人手被纸割破大都是在急忙取纸,不留神之时,手动作很快,碰到纸时,虽然纸是可以弯曲的,但速度太快、时间太短,是还没来得及变形,就无情的切向了人的手。不只是纸,很多生性软弱的东西速度一快起来就变得威力无比,高速水流可以切割钢板,前一阵美国迫降的飞机也仅仅是因为在高速飞行中撞上了几只小鸟。

除此之外,被割手的同鞋也是运气不佳,手易受伤的皮肤部分刚好与纸的边缘最锋利的部位形成垂直的角度,“常在纸边摸,哪有不割手”啊。


解释压强什么的都感觉文不对题,因为压强这个是造成割伤的原因,问题是为什么看上去软趴趴的纸能够产生这么大的压强呢?

首先,不是所有纸都能割破手的,纸巾或柔软的棉纸肯定是没戏。能割破手的纸应该有这样的特征:薄而韧。经常割破手的打印纸和薄的铜版纸都是这个范畴。

其次,楼上有人说的是“速度快”,确实,速度快容易造成伤害,在纸割手的情况中更是必要条件。但是“速度快”也是个表象,为啥速度快就能割开东西呢?

以上两个问题才是这个现象的本质,我的解答是这样的:

想要用刀切开肉,“刀”的硬度要比和“肉”的硬度高,其实就是刀刃的微结构要比肉的受力处的微结构更结实,我们可以用塑料刀切生日蛋糕,但是切生牛肉就有点不给力了。经常碰到的滚刀肉,也是因为微结构比较结实,所以很难切开。

基本条件讲述完毕,我们看看纸割伤手的状况。纸看上去硬度很低,怎么能切开皮肤呢?恰恰相反,纸的结构其实非常结实,硬度很高。但纸的硬度是很不均匀的,设想一张纸平放,在水平面这个方向上,纸的分子结构很结实,只要偏离这个平面哪怕是很微小的角度,纸就变弯了。比如用很多纸摞起来成一厚叠,再沿水平方向用力,就可以观察到这个维度上其实纸是非常坚硬的。

如此坚硬的纸,为啥很少能割破手呢,因为实际上日常情况中,很难能够将力恰好作用在纸的坚硬方向,稍有偏差的时候,纸张发生了形变,就不再坚硬了。而能保证用力方向的厚纸,又无法把力量作用在小的局部,压强不够更割不开。

但是当速度非常快的情况下,力的作用时间短,纸张无法把能量传输到形变的方向上,大部分作用于接触部位,这一刻纸在很短的时间内满足了刀子的条件,而比肉坚硬的刀子,就把肉割开了。

同样的情况被应用在水刀切石材的工艺上,水虽然很容易形变但很难被压缩,高速喷出的水流作用在石材上来不及形变,单纯拼水分子的结合力和石材的微结构,水赢了……还有更无耻的在水中加入坚硬的研磨料微粒……


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