Вы, наверное, стояли над раковиной в ванной или в душе и задавались вопросом: как это возможно, что ваши волосы могут затупить стальную бритву? Волосы известны своей густотой, но давай. Это лезвие из нержавеющей стали! Это должно быть сильнее, чем старая прядь волос, верно?
Ученые задавались тем же вопросом, и теперь у нас есть ответ, и этот ответ - неоднородность.
Победитель по волосам
Волосы действительно мягче стали . Вы могли это заметить. Она примерно в 50 раз мягче нержавеющей стали, используемой в бритвенных лезвиях. И все же лезвия, которые мы используем для бритья, довольно быстро тупятся. Группа ученых из отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института хотела выяснить, почему, и их результаты были опубликованы 6 августа 2020 года в журнале Science .
Исследователь Джанлука Рошиоли сбрил волосы на лице одноразовыми бритвами и взял их в лабораторию для исследования с помощью сканирующего электронного микроскопа . Он обнаружил, что края металла не закруглялись и не изнашивались, как можно было ожидать. Скорее, они трескались и трескались.
Поэтому он создал механизированный бритвенный аппарат в лаборатории для более контролируемого тестирования с использованием волос от себя и своих коллег по лаборатории. Вся машина поместилась внутри электронного микроскопа. Удобно.
Отколоть старую бритву
Росциоли и его соавторы обнаружили, что сколы на краю лезвия были более вероятными, когда волосы могли сгибаться, прежде чем их порезало лезвие. Таким образом, команда пошла еще дальше и создала компьютерное моделирование с большим количеством вариаций: разные волосы, разные углы стрижки, направление силы и материалы, из которых изготовлено лезвие.
Они обнаружили, что фишки появлялись при трех условиях:
- Когда лезвие подошло к волосам под углом
- Когда клинок был неоднородным по составу
- Когда волосы встретились с лезвием в слабом месте
«Наше моделирование объясняет, как неоднородность материала может увеличивать нагрузку на этот материал, так что трещина может расти, даже если напряжение создается таким мягким материалом, как волосы», - говорит К. Джем Тасан, сотрудник Томаса Б. Кинга. профессор металлургии Массачусетского технологического института и исследователь.
«Неоднородный» означает, что материал лезвия неоднороден. Существуют микроскопические дефекты, которые позволяют сколам образовываться при контакте с волосами. А там, где есть одна микросхема, будет больше сколов, в результате чего лезвие затупится.
В настоящее время исследователи работают над более однородным или однородным материалом для более острых и долговечных лезвий.
Теперь это напряженно
Когда мы говорим о прочности человеческого волоса, мы обычно говорим о его прочности на разрыв . Вот насколько вы можете растянуть его, прежде чем он сломается, и измеряется в мегапаскалях (МПа). Человеческий волос составляет около 200 МПа, а конструкционная сталь - около 400 МПа. Однако паутина намного прочнее - 1200 МПа. Углеродные нанотрубки являются одними из самых прочных из известных материалов - около 62 000 МПа.
