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。

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。

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。

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。

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。

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？

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。

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。

杀猪刀，图片来源腾讯

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。

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。

美剧《史密斯夫妇》中的切面包镜头，图片来源见水印

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。

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：

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；

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；

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.审核专家：张宏宝，北京师范大学物理系副教授。

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