Ножницы

Вспомним детскую загадку: «Два кольца, два конца и посередине гвоздик»Ножницы – один из знакомых нам с детства предметов. Но мы редко задумываемся о глубинной физике их работы, о том, что делает одни ножницы удобными для резки бумаги, а другие – способными разрезать листовую сталь.

«Физика» ножниц

Итак, что же представляют собой ножницы с точки зрения физической науки? Вспомним детскую загадку: «Два кольца, два конца и посередине гвоздик». В сущности, любые ручные ножницы – это рычажный механизм, который увеличивает силу сжатия, оказываемую кистью руки. Архимедовой точкой опоры, которая хотя и не позволяет «перевернуть Землю», но вполне способно рассечь тот или иной материал, является ось («гвоздик»), соединяющая две части ножниц.

За счет того, что ножницы в своей режущей части остро отточены, площадь соприкосновения их лезвий с режущим материалом крайне мала. Небольшое усилие кисти на рукоятках вызывает довольно значительное давление в рабочей зоне.

Какое давление развивают ножницы?

Это можно подсчитать, проведя несложные измерения.

Считается, что средняя семнадцатилетняя девушка субтильного телосложения способна сжать кисть правой руки с силой 23 килограмма. Конечно, по сравнению с ударом боксера-профессионала, который достигает нескольких сот килограмм, данная цифра не выглядит столь уж впечатляющей.

Возьмем в приложение к нашей субтильной девушке обычные китайские ножницы для резки бумаги. Длина рычага по рукоятке составляет на начало резания около 8 сантиметров к 1,5, то есть на начало разреза ножницы усиливают сжатие руки в 5 раз. Наша девушка, таким образом, развивает на лезвиях ножниц усилие в 115 килограммов.

Идем далее, для чего, правда, нам понадобится микрометр. Наши обычные ножницы имеют фронт режущей кромки в 0,15 миллиметра, а длину области смыкания для принтерной бумаги в 0, 065 миллиметра (точка, где непосредственно происходит резание) – 1,5 миллиметра. Естественно, что чем толще материал, тем длина области смыкания будет больше.

ножницы, режущие стандартную бумагу для факса в руках девушки будут развивать в начале резания давление в 51 тонну на сантиметр квадратный

Таким образом, ножницы, режущие стандартную бумагу для факса в руках девушки будут развивать в начале резания давление в 51 тонну на сантиметр квадратный! Целый железнодорожный вагон на несчастный сантиметр.

Просто ошеломительный результат, который вряд ли кто-то ожидал, но тем не менее он подтверждается расчетами, которые каждый может воспроизвести. Невольно начинаешь с опаской поглядывать на девушек с ножницами в руках. Именно благодаря такому чудовищному давлению удается получить очень чистый срез.

Почему обычные ножницы не могут резать железо?

Может возникнуть закономерный вопрос о том, почему же девушка с обычными ножницами, развивая такое грандиозное давление, не способна разрезать, скажем, железную пластинку даже в миллиметр толщиной?

Объяснения здесь два. Первое – изменение длины области смыкания по мере роста толщины материала, а вторая – микродеформация самого лезвия при соприкосновении с избыточно прочным материалом.

качество ножниц зависит от качества металла, из которого они изготовлены

Сила действия равна силе противодействия, и вес железнодорожного вагона воздействует одинаково и на материал, и на тончайший фронт лезвия. Именно поэтому ножницы так легко испортить, если часто ими резать слишком толстые и твердые материалы.

Из этого же следует то, что качество ножниц зависит от качества металла, из которого они изготовлены.