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生活中,什么樣的紙最容易劃破手?結果讓你意想不到

發布時間:2024-09-11 09:39:28 來源:我是科學人 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

在翻閱書本或者整理文件時,突然手指一陣刺痛——被一張看似無害的紙張劃出了一道小口子。這看似平常的小插曲,卻隱藏著科學疑問:為什么薄薄的紙張常常能在無意間劃破我們的肌膚,而有時你故意為之,反而連痕跡都難以留下?

丹麥技術大學幾位物理學家驚訝地發現,這個看似平常的現象竟然在科學界是個研究空白!他們決定深入探究——究竟是什么樣的紙張、以何種方式,能夠成為我們手指的隱形刺客?而答案,可能會出乎你的意料。

究竟什么樣的紙張能夠成為手指的隱形刺客?

“最鋒利的刀”

這幾位科學家找來了不同材質、厚度的紙制品,包括紙巾、雜志、書頁、打印紙、照片和名片等(它們的厚度在30微米到220微米之間),并用它們進行了一系列切割測試。鑒于他們都不太想貢獻自己的手指,實驗中用的“手指”其實是用彈道明膠制作的模型。這是一種專門用于模擬人類和動物肌肉組織的材料。

研究者將剪成條狀的紙片夾在特制實驗裝置中,讓它們從“模擬的手指”表面切過,然后用攝像機記錄下整個過程。實驗之外,他們還利用數學模型進行了計算驗證。

通過實驗,他們發現:在相同的切割角度下,當紙很厚時,切割時只能讓明膠凹陷下去,但不能成功切開明膠;而當其他條件保持不變,換用薄一點的紙時,就能夠切開明膠了——這說明紙越薄越鋒利,但紙也不是越薄就越好;因為當他們換用更薄的紙時,紙不僅沒能切開明膠,還把自己給壓彎了。此外,他們還測試了不同切割角度下,紙切破明膠手指的難易程度。結果發現,切割時紙和明膠表面的夾角越小,越容易切開口子。

換句話說,紙能不能切開皮膚,實際上是看在應力增加的過程中,紙和皮膚誰先達到承受極限——先達到皮膚的極限就可以成功切開皮膚,先達到紙的承受極限就會讓紙發生屈曲。越薄的紙越鋒利,但也更容易達到自身發生屈曲的極限。而當一張紙能夠給皮膚的最大應力,剛剛能夠切開皮膚,又剛剛不至于發生屈曲時,這種厚度的紙就是最容易劃傷手指的紙。

那么,什么厚度的紙才是最鋒利的紙呢?

通過多次實驗結果顯示,厚度65微米的紙最容易造成割傷。太薄和太厚的紙割破手指的風險都比較小,因為前者在施力時很難維持自身形狀,而后者與手指的接觸面積足夠大,它只會使手指皮膚下壓變形,而無法將其割開。幾位研究者還算出,在真實生活中,65微米厚的紙能成功切開手指的可能性為21%,換句話說,如果你翻閱的紙厚度剛好為65微米,那么平均這種紙每劃過你的手指5次,就有1次成功劃傷手指,好危險!

紙張的鋒利程度,除了與它的“身材”——也就是厚度緊密相關,還和它的“舞姿”——施力的角度有很大的關系。如果你只是垂直地把紙片邊緣壓下去,它就像個乖巧的寵物,不會給你帶來任何傷害。但是,一旦你讓紙片以接近水平的角度“翩翩起舞”,它就能像一把鋒利的餐刀一樣,輕松地切開牛排——或者你的手指。科學家們通過實驗發現,當紙片切割方向與水平面的夾角大于25°時,無論是哪一種厚度的紙張都不會割破模擬手指。所以,下次你拿起紙張時,記得控制好你的方向,避免不必要的“刀光劍影”。

“最危險的紙”

按理說,這些信息已經足以幫助人們減少紙張帶來的傷害,但這幾位科學家的腦洞并沒有就此關閉:那么,我們生活中什么紙是“最危險的紙”呢?

其實,生活中,許多點陣打印機用紙的厚度就剛好是65微米,此外,很多報紙的厚度也差不多。不過常見的A4打印紙厚度大約為100微米,它劃傷手指的能力要稍低一些。

作為科研人員,這幾位研究人員還專門指出:兩大學術期刊《科學》(Science,55微米)和《自然》(Nature,49微米)厚度都接近65微米,十分危險!所以提醒廣大的科研人員,在追逐科學前沿的同時,也要當心自己的手指,讓知識“輕輕地流淌在指尖”。

紙劃手的3種結果(圖片來源:原論文)

既然紙片能割破手指,那為什么不試著用它來發揮更大的作用呢?是不是可以用它來切東西呢?想到這些的研究人員為此專門用3D打印機制作了一種刀架,還做了一把“紙刀”。這把“紙刀”的刀身也是由3D打印制成,而刀刃則是最為鋒利的65微米厚度的打印紙。根據研究者的說法,只要控制好切割手法,它就能超輕松地切開蘋果、黃瓜、辣椒等一系列蔬菜食材,甚至還能切得動雞肉。

目前,相關成果已經整理成論文,發表在了期刊《物理評論E》(Physical Review E)上,感興趣可以去讀一讀。3D打印數據也已上傳,可自行下載。任何人都可以利用研究者分享的打印文件制作這把“奇特的刀”,親自測試一下它的威力。當然,這肯定不是一把耐用的刀子:紙片刀刃一旦浸濕就會徹底報廢,必須更換。盡管如此,請不要失去進行科學小實驗的耐心,它可能會“切”開你新的視野哦。

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