物体の切断のしにくさはなにできまりますか？モース硬度ですか？現在速度を与えた物体を鋭利なもの(ひもや

物体の切断のしにくさはなにできまりますか？モース硬度ですか？現在速度を与えた物体を鋭利なもの(ひもやナイフ)にぶつけてどのものまで切断できるか調べています。そのための指標がほしいです。詳しい方教えてください

No.6 回答者： han-ka-2 回答日時： 2025/02/22 09:42

No.5 追加です。

例えば，戦車の砲弾（金属の塊）がなぜ敵の戦車の装甲を突き抜けるかを考えてみたらわかります。あれは高速な変形を金属の塊が装甲の金属に与えることによって，大規模な延性破壊が発生して高熱も同時に発生（塑性変形が生じるとエネルギーが放出されるので）して金属を溶かしながら塊が奥へと侵入します。そして装甲の厚さ全体にその変形が達して，内側にほんのちょっと数ミリでも穴があけば，もう内部に金属片が飛び散るわけです。

No.5 回答者： han-ka-2 回答日時： 2025/02/22 09:07

それはとても難しい質問です。

主に破壊には３通りあると考えてよさそうで，それは脆性破壊と延性破壊と疲労破壊。疲労は，短時間で物を壊すことではないので省きます。微視的には脆性破壊が連続して起こっているとモデル化できるからです。
　脆性破壊というのはガラスがあっという間に割れるやつ。つまり，あまり変形（伸び縮み）が無いまま，壊れる現象で，これに既にご回答にある靭性（脆性の逆）が関与します。壊すために加えるエネルギーがあまり大きくない場合を表した性質で，鋼などでも低温になると靭性が極端に下がって，内部に亀裂があると，あっという間にその亀裂が伸展して破断したりします。静かな海に停泊していた大型船舶が，寒い冬の朝割れて沈没していた，なんてことで想像してみてください。これは，内部の亀裂先端の「割れる性質」がエネルギー的に下がることで起きる破壊。もし，ご質問者の実験で，ナイフの刃先が対象物に当たった瞬間にそこに亀裂ができたとして，その材料の靭性が低ければ，その亀裂があっという間に進展して破断するかもしれませんが，瞬時に亀裂ができるというところは怪しいかもしれません。例えばコンクリート材料のような場合は，構成材料間の結合力が小さいので，ちょっとしたことで引っ張り状態が内部に発生すると亀裂になり，破断します。引張にはほとんど抵抗できない材料なので，やや脆性材料とモデル化します。
　延性破壊というのは，塑性変形を大きく発生しながら壊れることです。常温での金属材料の破壊は主にこれで生じますが，その際も，実は材料内部にある微小な欠陥（転位：dislocation）の存在が欠かせず，その欠陥が内部を移動して表面に出てきたり，内部の結晶粒表面・界面に集まって亀裂や空隙になって破断に近づくという現象です。その転位を動かすのはせん断力あるいはせん断変形だとモデル化されています。例えばハサミで物を切るのがちょうどせん断力を与えていることになります。二枚の刃で挟んで，すれ違わせる変形あるいは力を与えています。そのハサミで薄い金属を切る場合は，刃先が金属に破断面を徐々に作りながら進むので，切断されるという風に解釈します。そのため，塑性変形（元に戻らない特性）が発達しますから，薄い金属板を金切りハサミで切ると，切ったところがそりかえって平らのままでいられなくなっています。刃先に集まった転位がさらに増加・伸展して斜めに破断面が発展するような（言葉で書くのは難しいですが）現象です。ご質問の内容も，この延性破壊のようなものが，ナイフの刃先で起きているのではないでしょうか。

No.4 回答者： kanta2006 回答日時： 2025/02/21 21:49

結構複雑な話だと思いますけどね。

例えば食パンなんて、普通の包丁ではうまく切れなくてパン切り包丁があったり、ノコギリのような物だとうまく切れるけど、ナイフのような物ではうまく切れない物、またその逆のパターンもあったり。

じゃあ、刃物をナイフ状のものに限定して変化させないと決めたとして、パンはすごく切れにくい物として扱うのが正しい評価なのか？。。とか。

1個2個の評価軸だけで語れないのではないでしょうか？

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2025/02/21 16:59

コンニャクや生肉なんて、柔らかいけど切断しにくいですよ。

No.2 回答者： mimon01 回答日時： 2025/02/21 11:20

硬度よりも靭性の方だと思います。

旋盤などの機械加工の場合には、例えばジュラルミンのような硬いけれども脆い材料はサクサク削れますが、高純度のアルミニウムの場合には柔らかいのに切削抵抗が大きいので、苦労します。

この回答へのお礼

靭性について調べたのですが一覧表などってあるのでしょうか。見つけることができませんでした。
たとえばぼくがした実験では割り箸は切ることができたのですが鉛筆のほうにかんしてはひものほうが切れてしまいました。この結論をまとめる指標がほしいのです。そういう力を計る機械をもっていないので一般にだされてる数値をしようと考えています。

お礼日時：2025/02/21 11:27

No.1 回答者： fadklsj 回答日時： 2025/02/21 11:13

物体の切断のしにくさは、単純にモース硬度だけで決まるわけではありません。

モース硬度は、主に鉱物に対する引っかき傷のつきにくさを示す指標であり、切断のしやすさを直接表すものではありません。

物体を切断する際に重要となる要素は、主に以下のものがあります。

【硬度】: モース硬度も硬度の一種ですが、他にもビッカース硬度、ロックウェル硬度など、さまざまな硬度指標があります。一般的に、硬い物質ほど切断しにくい傾向にあります。

【靭性】（じんせい）: 靭性は、材料の粘り強さ、つまり破壊に対する抵抗力を示す指標です。靭性が高い材料は、割れにくく、切断しにくい傾向にあります。

【引張強さ】: 材料が引っ張られたときに、破断するまでに耐えられる最大の力を示します。引張強さが高い材料ほど、切断しにくい傾向にあります。

【剪断（せんだん）強さ】: 材料がずれの力（剪断力）を受けたときに、破断するまでに耐えられる最大の力を示します。剪断強さが高い材料ほど、切断しにくい傾向にあります。

【物体の形状と構造】: 同じ材料でも、形状や内部構造（例えば、繊維の方向、結晶構造、多孔質かどうかなど）によって、切断のしやすさは大きく変わります。

この回答へのお礼

高校生の実験としてはどの指標をどのように使えば良いのでしょうか。変えるのは切断する物体のみです

お礼日時：2025/02/21 11:15