“云端蝌学课”第一期
刀为什么能把食物分两半？
菜刀是每个人家中必备的工具 ， 没有它 ， 我们就没办法高效快捷地制作各式美味佳肴 。
在市场上 ， 我们可以买到五花八门的刀：片刀、文武刀、斩骨刀、杀猪刀、剔骨刀、面包刀等等 。 不过 ， 你知道这些菜刀背后蕴含的力学原理吗？
刀是如何切开食材的
我们可以很轻易地用一把刀切开一块豆腐 ， 也可以稍微再使点劲切开一块牛肉 。 如果我们的力气再大点 ， 还可以剁开一根骨头 。
那么 ， 在切开这些食材的过程中 ， 菜刀的刀刃处究竟发生了什么呢？
现在 ， 我们选取一块豆腐（韧性较强）以及一块巧克力（韧性较差）作为研究对象 ， 用一把普通的刀分别将它们切成两半 ， 看看是什么情况吧 。

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切豆腐是非常容易的 ， 图片来源腾讯
切豆腐
首先我们要清楚 ， 即使是我们在市面上能买到的最锋利的刀 ， 它的刀刃部位仍然具有一定的厚度 。

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刀刃的局部放大图 ， 可以看到很明显的厚度以及使用后的磨损痕迹 。 图片来源腾讯
在开始切豆腐时 ， 倘若我们将刀刃与豆腐接触的地方放大后再观察 ， 就会发现刀刃下方的那一部分豆腐受到了刀刃向下平压的作用力 ， 从而向下移动了一小段距离 。
此时 ， 由于这一部分豆腐的移动 ， 被平压区域附近的豆腐同时受到了拉伸力和剪切力的作用 。
用力学术语来说 ， 那就是由于外力导致的豆腐局部变形 ， 使得在刀刃附近的豆腐同时受到了拉应力和剪应力的共同作用 。

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刀刃将一部分豆腐压了下去 ， 从而在两侧出现了受力区 ， 图片来源作者
如果我们继续竖直向下切 ， 那么刀刃两侧豆腐所受到的拉伸力和剪切力逐渐增加 ， 当其中某一部位的受力超过了豆腐的分子间作用力时 ， 豆腐便会在这一部位发生破坏 ， 从而产生了切面 。
接着 ， 随着刀的厚度从刀刃到刀身逐渐增大 ， 刀的侧面还会对豆腐施加水平向外的压力 ， 从而继续分离切面 。

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豆腐出现初始的破坏 ， 图片来源作者
类似的过程一般对应于韧性较强的食材 ， 例如肉类、面团等等 。
切巧克力
切完豆腐之后 ， 我们换上巧克力来试试！
由于巧克力质地较脆 ， 韧性较差 ， 因此不会和豆腐一样出现比较明显的局部变形 。
在刀刃开始向下平压巧克力外表面之初 ， 刀刃下方的巧克力只需要稍微向下移动一小段距离 ， 就会使附近巧克力受到的作用力超过分子间作用力 。 于是 ， 裂纹便形成了 ， 并迅速向外扩展 ， 直到整个巧克力裂开 。
因此 ， 我们有时候会发现 ， 不需要用刀将巧克力全部切下去 ， 便可以使之一分为二 。

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巧克力等脆性材料可以出现迅速扩展的裂纹 ， 图片来源作者
和巧克力一样韧性较差的食材还有南瓜（从外皮方向切）、大骨头等等 。
普通菜刀不好切该怎么办
厨房里的食材丰富多样 ， 例如具有高韧性纤维的牛肉 ， 非常硬的大骨头以及很容易变形和掉渣的面包等等 ， 倘若我们用普通菜刀来切它们 ， 那可太费劲了 ， 这又该怎么办呢？分页标题#e#
这个时候就是专业刀具派上用场的时候啦！例如 ， 斩骨刀可以轻易地劈砍骨头、水果刀可以轻松切开各类水果、面包刀可以完美切割面包、剔骨刀则可以灵活地去掉骨头上的碎肉等等 。
那么 ， 这些专业刀具又涉及哪些力学原理呢 ， 我们来看看吧！
斩骨刀：提高动能
斩骨刀是专门用来劈砍大骨头的刀 ， 这种刀的刀身较厚 ， 刀刃较钝 ， 因此整体重量偏大 。
在斩骨时 ， 大师傅们一般气沉丹田 ， 站稳重心 ， 然后手拿斩骨刀 ， 抡圆了胳膊使劲往下一砍 ， 坚硬的骨头便应声而断 。
在这个过程中 ， 抡圆胳膊是为了尽力提高斩骨刀的高度 ， 从而在劈砍时尽量赋予其足够的动能 。
这不正是我们初中物理课本中机械能的转化原理嘛（初中物理人教版八年级下册）：
一个物体从高处下落 ， 物体的重力势能转化成了动能……动能和势能可以互相转化 。
另外 ， 由于骨头较硬 ， 较钝的刀刃可以保证斩骨刀在劈砍时不会打滑 ， 也不会轻易崩碎 。

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斩骨刀的威力 ， 图片来源见水印
杀猪刀：增大切割行程
如果要处理大体积的肉块 ， 我们该怎么办呢？是用3米的长刀直接切块吗？厨师们才不会那么笨呢 ， 他们选择使用专用的杀猪刀（当然啦 ， 用杀猪刀处理牛羊肉也是可以滴） 。
和常见的直刃刀不同 ， 杀猪刀具有弯曲的刀刃 ， 就像是一轮弯月 ， 细细打磨后 ， 刀刃上仿佛还泛着寒光 。 电影《国产凌凌漆》里 ， 周星驰扮演的猪肉佬就有这么一把威武霸气的杀猪刀 。

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杀猪刀 ， 图片来源腾讯

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猪肉佬用杀猪刀干掉了金枪客 ， 图片来源腾讯
即使是被打磨得相当锋利的直刃刀 ， 我们也很难用它刺入肉制品 ， 并继续进行下一步的切割操作 。
而杀猪刀的优势在于 ， 弯曲的刀刃可以使厨师更灵活地发力 ， 同时增加了对肉制品的切割行程 。
因此 ， 猪肉佬可以凭借杀猪刀那锐利的刀刃轻易地刺穿皮肉 ， 然后使劲往下一划 ， 便可以将一块肉整齐地割下来 。
在军事方面 ， 大名鼎鼎的尼泊尔弯刀与蒙古马刀也都采用了这种弯曲的刀刃 ， 杀伤力颇高 。

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蒙古刀 ， 图片来源新浪
面包刀：改切为锯
喜欢吃切片面包的同学可能尝试过自己切面包片 ， 却发现家用的普通菜刀无法胜任这份工作 。
由于面包本身质地松软 ， 并且含有大量不容易切断的纤维 ， 因此 ， 使用普通菜刀切面包的话 ， 很容易使面包严重变形 ， 不复之前松软的形态 。
既然我们无法采用传统的按压切割法切面包 ， 那我们就改成锯切吧！面包刀正是一把小小的锯子 ， 它的刀刃部位有很多方向相反的小锯齿 。
在切面包时 ， 只需用面包刀在面包上轻轻拉动 ， 便可以将纤维轻松锯断 。 这样虽然会掉一些面包渣 ， 但却可以完美地保持面包松软的状态 。

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美剧《史密斯夫妇》中的切面包镜头 ， 图片来源见水印

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用面包刀切蛋糕 ， 图片来源豆瓣
同样地 ， 我们还可以使用面包刀来切西红柿等汁水较多的水果和蔬菜 ， 避免由于挤压而损失大量汁液 。

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用面包刀切西红柿 ， 图片来源厨房故事
其实 ， 我们家中经常使用的普通菜刀 ， 在刀刃处存在大量的细微磨损 ， 这些磨损也可以起到锯齿的作用 ， 帮助我们切开食物 。
怎么样 ， 菜刀背后的力学知识get到了吗？我们来复习一下吧：
1. 刀刃使附近的食材产生了局部变形 ， 从而对其产生了复杂的作用力 。 当这种作用力大于食物的分子间作用力时 ， 食材就被切开了；
2. 斩骨刀通过增加高度和自身重量来增加劈砍时的动能；
3. 杀猪刀利用弯曲的刀刃实现切割时的灵活性以及较大的切割行程；
4. 面包刀可以快速锯开食材 ， 防止食物出现明显的变形 。
没错 ， 这些都是来自于初中二年级物理课本中有关力学（第七章、第八章等）和机械能（第十一章第四节）方面的知识 。
没想到吧 ， 力学在生活中的应用这么有趣 。 你还有什么好玩的体会和想法 ， 欢迎留言和大家一起分享！
最后要提醒大家 ， 刀是危险物品 ， 在使用时一定要注意安全 ， 最好是在家长的监护下操作 ， 防止误伤哦！
参考文献：
[1] 八年级物理 ， 义务教育教科书 ， 人民教育出版社.
[2] 黄建洪. 对锋利刀刃磨损机理和热处理工艺的探讨[J]. 兵器材料科学与工程, 1988(03):24-33.
【菜刀|菜刀是怎么切开食物的？背后的力学原理你了解吗？】END
审核专家：张宏宝 ， 北京师范大学物理系副教授 。
蝌蚪五线谱原创文章/转载注明来源
责编/Sirens
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来源：(蝌蚪五线谱)

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标题：菜刀|菜刀是怎么切开食物的？背后的力学原理你了解吗？