本帖最后由 xxxxx213641 于 2020-2-16 14:12 编辑
刀具， 人们在曰常生活中都接触到，特别是平常都使用的那些，如菜刀、斧头、剪刀等。 在我们使用的时候，并不一定都知道其中的奥妙， 为了了解刀具上的力学，我们特地对它们进行了研究，用科学的方法进行了分析， 以下就是我们研究的内容：
1、力的分解、物体压强 刀刃厚度，不管是什么样的刀柄，其设计原理都是将施加在其上的力传递给刀刃， 所以外加的力F必会对刀身的两侧壁产生力F1、F2 作用。 根据力的平行四边形法则可知两侧壁所受的力的大小为：F1=F2= LF/D， 其中D是刀臂的厚，L是刀侧壁的长。 刀薄(D小)对两侧壁产生的力就越大。 刀薄其实指的是刀的一个必要部位---刀刃， 根据Ｐ＝Ｆ/s，当力Ｆ一定时Ｓ越小（即刀刃越薄）则单位面积上的压力就越大， 即压强越大越容易切开物体（即刀锐利）。
2、刀柄、刀身的长度 用刀切东西，又涉及到了力矩的原理。 切东西时，手腕就成了转动轴。 刀把的长短其实间接表明了力臂的大小。 力不变，刀把长，力臂就越长，力矩就越大。 而要取得同样的切割效果，刀把越长，力臂也越长，所需力也就越小。 服装剪和英式铁皮剪，很容易看出铁皮难剪就需要增大力矩，刀柄做得较长； 而布料易剪但要剪平整，相反把刀刃做长些，而刀柄较短。 普通的单柄刀中比较斧头和片刀，一个刀柄很长而一个较短，目的也是改变动力矩的大小。 Ｆ和受力面积S有关，刀刃越薄，压强越大，越容易切割，反之则不易。
3、牛顿第三定律及力矩---反震现象（刀刃使用部位） 单柄刀具，使用还有一个问题——那就是使用过程中会震手。 这里涉及到的是牛顿第三定律。 用刀者给刀一个作用力，力便会传递到被切物体上，而物体也会给刀继而给手一个反作用力。 当刀尖与物体相接触时，力臂较长的其转动效果就更明显，因此就更震手。 通过实验，我们可以发现，刀的后半部与物体接触，相对于刀的前半部来说，因其力臂较短，反震就较弱。 在研究过程中我们发现有些刀的使用部位在前端（如片刀、西瓜刀等）， 而有些在后端（如砍肉刀，斩尖刀等），其实是为了减轻反震。 当使用后端时力臂较短，反震力矩较小，反震不明显，反之则明显。 用力小的刀，通常用前端锋利的刀刃，而用力大的刀（如剁骨刀）则用后端。
4、动量与能量---刀的重量 在实地观察和动手实验中发现， 切割不同的物体使用的刀的重量刀身的宽窄也各有不同， 这里又涉及了一个动量与动能的问题。 而重量比较大的刀，一般用来切割致密物体，其自身所受重力便能增大对物体的力； 有些人用刀劈物体会把刀举到一个较高的位置，目地就是得到一个较大的势能， 根据机械能守恒以获得较大的动能， 而有些人下刀的速度会特别快，物体也更易切割，这又包涵了动量的知识。 一般砍肉刀、剁骨刀做得较厚较重，砍肉刀的质量可达３－４斤，斩尖刀的刀背厚达18mm。 其实这一点也跟动能联系在一起，质量越大，动能也越大，则克服阻力能做的功也越大，越易切割。
5、摩擦力---刀的平整 刀的平整与锯齿形的现象也值得注意； 锯齿形的刀口在切割时增大摩擦力，但同时也会割裂破坏被切物切口的平整， 因而可看到割麦刀（即镰刀）割麦时求的是速度，即在是取短时间内割完麦子， 同时麦杆是一种较韧的茎杆，因而镰刀的刀口需锯齿， 而割草刀则不如此，一般的草茎杆韧度不大，而割草后求的是草面平整，因而割草刀并无锯齿。
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发表于 2014-12-29 19:57
