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「なぜ刃物は物を切る事が出来るのですか?」が質問です。常識的にはもちろん分かりますが、根本を教えて下さい。抽象的な質問ですいません。宜しく御願いします。

A 回答 (4件)

 


  反対に、何故、物は、例えば、空手などで切ろうとしても切れないのか、あるいは、風が吹いても二つに割れないのか考えてみてください。
 
  そもそも、刃物で切る物というのは、「固体」です。液体を刃物で切っても、確かに切れますが、また元に戻ります。つまり、刃物で切れるのは、固体だということになります。固体と液体や気体はどう違うかと言うと、固体は、固体を構成している分子や原子が、互いに電気的な力等で、互いを引き寄せつつ斥力で遠ざけ、個々の分子や原子は、立体的な構造のなかで、特定の位置から動けないようになっています。(液体では、分子は確かに電気的に結合されていますが、立体的に位置が固定されていません。だから流動します。気体は、分子同士、自由に運動しています)。
 
  立体的に、原子や分子の位置が決まっていて、これに熱を加えると、決まった位置を中心として原子や分子は振動を始める訳で、別に立体構造が壊れる訳ではありません(立体構造を決めていた、電気の力=クーロン力を遙かに越える熱振動を加えると、立体構造も壊れますし、空気中の別の分子と化合したり、色々なことが起こって固体も壊れます。前者は、高温で溶けることですし、後者は、燃焼したり、焦げたり、熱変化を起こすことです)。
 
  固体はこういう訳で、空手でチョップを食らわしても、切れる訳ではありませんし、風が吹いても(元々割れていたのでない限り)二つに切れたりしないのです。(割れる、というのは、切れるのではなく、衝撃で、固体の立体構造が壊れることです)。
 
  では、刃物で何故固体が切れるのか。刃物の先、つまり「刃」の部分は、非常に薄くなっています。刃がなまくらで先がとがっていないと、固体の表面に当てた時、そのなまくらの刃の先が当たる面積が非常に大きくなります。しかし、鋭利に研がれた刃だと、刃先の面積は非常に小さいのです。
 
  そこで、固体に刃先が当たり、刃に力が込められると、どういうことが起こるかというと、或る範囲(刃先の幅)では、固体表面を押すことになりますが、ぐっと力を入れると、押している部分の面積が小さいので、刃先が固体のなかに入り込み、一旦これが起こると、固体を強固に固体にしていた立体構造のクーロン電気結合の結合力よりも、刃先が押し入って、この結合を切る力の方が断然大きいので、刃を押し進めると、固体を下に押しつぶすのではなく、固体のなかにできた隙間の先の立体構造のクーロン結合を次々に切って行きつつ、刃先が、進行して行くということになり、結果的に、これは、固体のなかに断面を造り、固体を二つに分けたことになって、「切れる」のです。
 
  「くさび」の効果というのは、あれは、刃先で「切っているのではなく」、くさび形の刃を押し込むことで、固体を二つに引き裂くような力(左右に開く圧力)を加えていることになります。刃先で「切る」というのは、固体の立体構造を築いているクーロン結合を断ち切って、文字通りに結合を「切っている」のです。
 
  くさび形でなく、ものすごく薄い刃、例えば、単分子線と言わなくとも、それに近い、極度に細く、しかし、もの凄い強度のあるワイヤーだと、丁度、髪の毛で絹ごし豆腐が切れるように、肉でもすぱっと切れてしまいます。これは、ワイヤーが、固体の分子・原子の電気結合等を断ち切って、立体構造を切断するからです。
  
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#1の方の質問で分からないということなので


ちょっと考え方を変えて

切るもの(たとえば包丁)の方が切られるもの(たとえば野菜)より硬い場合、2つを密着させて力を加えれば包丁は変化しないで、野菜がかかった力の分だけ変形を起こします。この場合野菜の密着面が「伸びる」訳ですが、野菜の表面が伸びの力に耐えられなくなった時、密着部分が崩壊を起こします。これの連続で切れるわけです

と考えて見てはいかがかと
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くさび効果による、と聞いたことがあります。

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結論から言うと,先端がとがっているほど加わる圧力が大きくなるので,切れるわけです.



例えば,削った鉛筆と削っていない鉛筆を指に押し付けてみましょう.
当然,「痛い!」と感じるのは削った鉛筆のほうですよね.
これは,同じ力を加えても,削っていない鉛筆では,(鉛筆の先端の)平らな面一様に力が働くため,
痛みは分散されますが,削った鉛筆では,力がすべて先端に集中するため,
力がダイレクトで伝わったように感じて,痛いと感じるのです.

刃物もこれと同様の原理で,刃の先っぽを限りなく薄くすることで,
力を材料に伝えやすくしているのです.(材料にかかる圧力を大きくしているのです)


物理学的に言うと,圧力と言うのは「ある一定の面積あたりに働く力」です.
断面積をS,力をFとすると,圧力Pは
   P=F/S
と表されます.だから,より断面積Sが小さければ圧力Pは大きくなるので,
加えている力F以上の圧力を加えることができ,ものが切れるんです.


あっ,押し付けるだけだと材料はつぶれるだけですが,軽く押したり引いたりすれば
キレイに切れますよね.これはまたちょっと違った物理学が関係してくると思うので,
省略しますね.
(せん断応力とかが関係してくるんでしょうか・・・.物理屋さんじゃないのでよくわかりませんが)

この回答への補足

ありがとうございます。しかし、そこまでは自分でもわかるのですが、もっと細かい話でうまく言えませんが、どうして切れるのかということです。

補足日時:2002/03/29 01:03
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