算了1下,结果超乎想象,吹气的才是高手!
传说古代的宝剑、宝刀吹毛利刃,形容刀刃的锋利程度。越锋利,刀刃越薄,但是不可能无限的薄下去。
原子有大小,所以刀锋不可能比原子小。
●主要元素的原子直径,单位是皮米(1000皮米等于1纳米)。
铁原子的直径是0.28纳米。在刀具里面,手术刀是属于最锋利的刀。
●手术刀的刀锋可以薄到14纳米,相当于50个铁原子的厚度。
但是,黑曜石刀片最薄可以磨到七纳米。
玛雅人没有金属兵器,就用黑曜石片插在木棒上做兵器。
目前最锋利的刀片,是为冷冻电子显微镜制备切片的一种设备~低温恒温器上的刀片。低温恒温器能把冰冻组织切成三纳米薄片。
衡量材料的性能,一般用抗拉强度和屈服强度。
以最典型的65号钢为例,抗拉强度 695MPa,屈服强度410MPa。
抗拉强度越高越结实,屈服强度越高越硬。
头发虽然是有机材料,实际上也相当结实的。
●人的头发是一种非常复杂的复合物,主要是一种叫做角蛋白的蛋白质组成。
角蛋白是一种聚酰胺分子,连接分子与分子之间的是二硫键。这就是头发的强度和硬度的原因。
人类头发的拉伸强度为200~250MPa,屈服强度为140~160MPa。
一缕头发可以吊起100克的重量,和一块肥皂的重量是一样的。一个普通人大约有15万缕头发。如果把所有的头发编织在一起,可以吊起8辆汽车。
以上面的数据为基础,我们就可以讨论一下头发碰到手术刀刀锋上的情况。
要让头发断裂,手术刀尖端施加的压力必须超过头发的屈服强度(实际上是劈裂强度,这里用屈服强度代替)。
人的头发的直径大约是0.025~0.075毫米左右,相当于2.5万~7.5万纳米。
手术刀的刀锋只有头发直径的1/5000,可以很轻易的切入头发。但是最大的力并不出现在最开始的时候,而是出现在刀锋进入一半直径的时候。这个时候刀和头发的接触面积最大。
●此时刀和头发接触面的垂直投影面积s,乘以头发的屈服强度就是切断头发所需要的力。
14纳米刀锋切入37,500纳米,不可能整个接触面上都保持14纳米的厚度。手术刀在距离刀锋37500纳米的位置到底有多厚?这和刀锋的锐化角有关。
目前市面上的手术刀的锐化角度在25度到15度之间。日本产的手术刀的锐化角度是最小的,在15度。
按照锐化15度计算出来的,手术刀切入一半深度接触面垂直投影面积,等于1.51×10的-9次方平方米。
取劈裂强度为150兆帕,计算出来的力为0.226牛顿,相当于23克。
在手术刀上施加23克的力,就可以让头发断裂。
因为作用力等于反作用力,在手术刀上施加力,和在头发上施加力的结果是一样的。
通过吹气在一根头发上施加23克的力,这可能吗?这取决于吹到头发上的气流速度。
根据百度百科,风压的简单计算公wp=v^2/1600。
其中Wp是风压力,单位是千牛顿;v是速度单位是米每秒。
因为头发在气流吹拂下要向下弯曲,所以它的迎风面不能按头发拉直的长度来算,假设头发的迎风长度是一厘米。
也就是说,头发迎风的截面积是1厘米乘以0.075毫米,等于7.5×10的-7次方平方米。
在这个面积上施加0.226牛顿的力,在一平方米就要施加301333牛顿力。
代入风压计算公式,可以计算出气流的速度要达到694米每秒。
海平面的音速是340米每秒,很显然这个速度已经超过了音速,达到了2.05马赫,超过了f22的超音速巡航速度。
也就是说,一个人要吹出2马赫的高速气流,才能让一缕头发在日本产的最锋利手术刀锋上断裂。
水浒传里杨志卖刀:牛二就在自己头上拔下一
把头发,递给杨志,你吹给我看!杨志接过头发,朝刀口上用力一吹,那些头发真的一分为二飘过了刀口。
杨志如果有这个本事,杀牛二可以不用刀。
刀锋锐化角度越小,气流的速度要相应的减小。
如果把刀锋的锐化角度减小到1度,气流的速度要除(tan15/tan1)的1/2次方,减少3.9倍,等于177米每秒,相当于637公里每小时。
这也相当于2倍高铁的速度,和运输机的飞行速度相当。
要做到吹毛利刃,不仅需要刀锋利到无以复加的程度,而且吹气的人必须是高手,高手,高高手。
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