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刀是怎样切开一张纸的？

科学探索菌 2020-02-08 浏览39次

纸属于有机物，是由植物纤维构成的。刀能切开纸，并不是刀刃进入了分子或原子之间的缝隙，刀更不可能将分子或原子切碎。

普通刀刃的厚度在0.5毫米左右，分子直径的数量级为10^-7毫米。分子是由原子构成的。可见，刀的厚度远远超过了分子尺度，根本不可能深入分子或者原子间的缝隙。刀更不可能将原子切碎或者压碎。原子由核外电子和原子核构成，只有发生核反应，原子才会破碎。刀同样也破坏不了分子结构。

刀切纸，本质上是破坏分子间的结合

纸是由植物纤维叠加交错形成的。

刀切纸时，需要有足够大的力量，使切割方向上的植物纤维发生断裂，这样一张纸才能被刀一分为二。作用力不断持续，超过了植物纤维的承载极限，纤维就会发生断裂，然后沿着施力方向形成一条裂纹。力的作用效果不同，产生的裂纹也是不同的。

植物纤维是由有机分子构成的，切割并不会使这些有机分子发生破坏，切割破坏的是分子与分子之间的结合。

次级键和化学键

分子的形成，分子与分子之间的结合，本质上都是电磁相互作用。在化学上，通常又分为作用于分子内部的化学键，以及作用于分子之间的次级键。两者相比，化学键比次级键更强。

分子是由原子或者离子结合而成的，使它们结合了这种作用力被称之为化学键，包括离子键和共价键。切割纸张时，不需要克服这种力量。

分子与分子之间依靠次级键结合，从微观角度来看，切割纸张破坏的就是次级键。分子间作用力（范德华力）、氢键、疏水作用力、卤键等都属于次级键。之所以不是化学键先断裂，就是因为化学键比次级键更强，当然是更脆弱的最容易遭受到破坏。

次级键中的分子力比较强，以它为例说明一下。分子力包括吸引力和排斥力两种。当两个分子之间相距较远时，表现为吸引力；当两个分子之间相距较近时，则表现为排斥力。之所以出现这种差异，是因为吸引力和排斥力的本质不一样。分子间的吸引力源于分子偶极矩；而分子间的排斥力源于外层电子的重叠，电子是费米子，遵守泡利不相容原理，提供排斥力的便是这种量子力学效应。