30 234 subscribers

Можно ли ножовкой распилить атомы?

613 full reads

Наверняка вам хотя бы раз доводилось работать с пилами того или иного типа. Совсем необязательно, чтобы это была именно ножовка. Речь идёт о любой механической обработке, где подразумевается резание материала. Даже разрезание ножницами бумаги вполне себе подходящий пример.

Не совсем-таки ножовка, но режет очень красиво :)
Не совсем-таки ножовка, но режет очень красиво :)

И тут нас интересует один важный момент - когда материал режется, как отвечает его структура на происходящее? Что мы в итоге режем? Сами атомы или, может быть, рушим связи между частицами? Дочитайте до конца, чтобы узнать!

Разрезается ли сам атом?

Изначально можно подумать, что режутся именно атомы. Но сразу исключим эту версию. Ведь при разрушении структуры атома высвобождается огромное количество энергии. Значит, резать материал или пилить его при условии высвобождения энергии было бы, как минимум, опасно. Подобного не происходит, а значит атомы сохраняются целыми.

Вариант с "распилить атом" ножовкой исключается сам по себе

Даже если опустить тут "сложности" с разрушением связей внутри атома, будет присутствовать и размерный фактор. Как представить себе ножовку, размером с атом, если самый большой атом даже близко не сопоставляется с размером режущего полотна? Выходит, что любая пила накрывает сразу множество атомов и не сможет воздействовать механически точечно. Вот только что тогда распиливается при резании?

Что именно режется?

Мы помним, что каждый материал имеет ту или иную структуру. Опять же, для простоты представления вспомним металлы. Они имеют кристаллическую структуру. Эта структура представлена кристаллической решеткой. В узлах решетки сами атомы, а соединяющие их линии демонстрируют межатомные связи. Значит, скорее всего, при разделении единого материала на части именно связи будут разрушаться.

Модель структуры. Связь отмечена стрелкой
Модель структуры. Связь отмечена стрелкой

Пытливый читатель заинтересуется, как же тогда быть, если срез оказался именно в том месте, где была группа атомов? Всё очень просто! Этот участок или деформируется и сохраняет связи (мы наблюдаем это, когда видим всяческие заусенцы на месте среза), или превратится в пыль и стружку. В виду размерного фактора, одна пылинка может состоять из множества атомов. Это может быть группа атомов, которая оказалась оторвана от обрабатываемого материала.

Нож, ножницы или любой резак при значительном увеличении под микроскопом вовсе не острые и точность заточки уж точно не выдаст нам размер кромки в один атом. На практике оно выглядит примерно как разрезания мороженного линейкой.

Как режется металл
Как режется металл

На иллюстрации выше приведено поведение некоторого зеленого материала при его разрезании ножом. Обратите внимание, что происходит просто деформация решетки. Где-то обратимая, а где-то нет. Там, где это возможно, происходит сплющивание и частицы просто становятся ближе друг к другу. Где-то наоборот расстояние между ними увеличивается. Но сами частицы структуры остаются целыми. Верхняя же часть с высокой плотностью отвалится в виде стружки.

Тут можно вспомнить, что материал можно обрабатывать не только строганием, а например пилить ещё болгаркой. Ну и в чём разница? С физической точки зрения изменится только способ приложения силы. Диск болгарки будет за счёт высокого трения вырывать частицы материала из обрабатываемой заготовки. Произойдет необратимая деформация с отрывом.

В итоге любое отделение одного фрагмента образца от другого уместно рассматривать на микроуровне ни как привычное нам резание бумаги ножницами, а как работу с пластилином.

Что такое резание с физической точки зрения?

При отрезании всегда происходит разрыв межатомных связей. Но окружающие фрагменты могут деформироваться или упруго, или необратимо. Превышение допустимой деформации приведет к тому, что материал рвётся.

Этот разрыв мы и видим как разрез. По большому счёту (специально утрирую) разорвать лист алюминия просто руками на две част и распилить его болгаркой - это одно и тоже. Разве что, есть разные скрытые сложные процессы, но это скорее мелочи.

Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!

Статьи по теме на моем канале:

Ещё кое-что полезное: