Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Как нож разрезает вещи на атомном уровне.

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Возможно, в миллионный раз нарезая овощи для салата, вы хоть единожды задумывались, разрезаете ли вы ножом атомы. Ведь то, что вещества состоят из отдельных мельчайших частиц, известно даже тому, кто не дружит с физикой. Поэтому кажется логичным, что лезвие ножа разрезает вещество, а значит, и атомы… Или это не так?

Мы ответили на этот вопрос, опираясь на мнение зарубежных физиков-теоретиков.

 

Сразу выложим все карты на стол: нож не разрезает атомы. Разве физики мучились бы над созданием ускорителей для расщепления ядер атомов вещества? И более того, лезвие не разделяет не только атомы, но и молекулы. Чтобы понять, почему, придется немного углубиться в физику и химию и вспомнить уроки в старших классах школы.

 

Итак, мы знаем, что материал (вещество) состоит из молекул, которые представляют собой соединенные вместе атомы – так и получаются более сложные предметы. В свою очередь, атомы удерживаются вместе электромагнитной связью, возникающей между электронами и ядром.

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Электроны в атомах, отрицательно заряженные элементарные частицы, группируются по орбиталям, у каждой из которых есть место для фиксированного числа электронов. Когда хотя бы два атома дополняют друг друга (их, естественно, может быть больше), они образуют молекулу. Это происходит в результате обмена электронами между атомами, который создает молекулярную связь, удерживающую их вместе.

 

Так, например, в ионной связи один атом отдает электрон другому, поэтому один из атомов становится положительно заряженным ионом, а другой – отрицательно заряженным электроном; в ковалентной связи два атома фактически делят между собой электроны, поэтому оба остаются нейтральными. А молекулярные связи, в свою очередь, представляют собой довольно прочные электромагнитные связи, которые все же могут быть разорваны. Как именно, расскажем позже.

 

Для расщепления самой молекулы требуется много энергии. Например, это происходит при горении бумаги или при контакте воды с электрическим током, в результате чего выделяется водород и газообразный кислород. Таким образом, если бы вам удалось разрезать лезвием молекулы или атомы бумаги, то она бы просто сгорела – при расщеплении мельчайших частиц образуются новые вещества, чего не происходит, когда мы разрезаем предметы. 

 

 

Теперь взглянем на материалы с помощью микроскопа. На атомном уровне разрезаемый материал и нож выглядят плоскими (конечно, немного неровными, но это не столь важно), и лезвие уже не кажется острым и на самом деле таковым не является. Вы можете увидеть это на снимке ножа, размещенном ниже, который был сделан через электронный микроскоп.

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Масштабная линейка (в правом нижнем углу снимка) составляет 1 микрометр (микрон), или 1000 нанометров, что примерно в 10000 раз больше, чем атом. Ниже – изображение керамического лезвия в более крупном масштабе. Таким образом, даже самое острое лезвие все равно будет крупнее и плотнее, чем атомы материала, который вы пытаетесь разрезать. Говоря простым языком, на молекулярном уровне острый нож режет точно так же, как и тупой.

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Помимо соответствующих размеров, для разрыва атома нужны силы, которые намного превышают те, которые мы создаем усилием руки. Это еще одно доказательство того, что разрезать атом лезвием невозможно.

 

Итак, что же происходит, когда мы режем предметы?

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

 

Поверхности разрезаемого материала и лезвия могут выглядеть гладкими для наших глаз, но в реальности они вовсе не состоят из строго организованного расположения атомов. И когда вы режете тот или иной предмет ножом, все что вы делаете – это толкаете мельчайшие частицы и деформируете материал.

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

Вся сила, которую вы прикладываете своей рукой, доставляется в область, которая намного уже микрометра. Такое усилие будет менять форму материала вблизи кромки ножа. В конце концов, предмет деформируется настолько, что он разорвется: разойдутся более слабые связи между молекулами, особенно вблизи дефектов в материале.

 

Следовательно, когда вы режете предмет ножом, то разрезаете лишь связи между молекулами, а не сами молекулы, и уж тем более не атомы.

 

Для справки: 

Это изображение демонстрирует как режут медь (синий) различными ножами (красный): 

Под микроскопом: можно ли разрезать атомы ножом?

В каждом случае лезвие проникает в правую часть медного блока и идет влево. Вы можете видеть, как атомы аморфизируются в непосредственной близости из-за высокого давления, а затем деформируются вокруг лезвия. Это дает наглядный пример того, что нож не может разрезать атомы. 

 

Оригинал: When I use a very sharp knife to cut an object, am I slicing through atoms or just pushing them aside?

Оцените новость:
15.04.20 (11:26)
780
Источник — © 1gai.ru
Автор — 1gai
Будете ли вы прививаться от коронавируса?

Новостная рассылка


Рассылка анонсов статей производится каждый понедельник