Нож: Такой простой и загадочный
У каждого из нас есть нож, да не один: на кухне несколько штук разделывают рыбу, мясо, режут хлеб, чистят картошку. В лесу их более суровые собратья рубят сучья, открывают консервы… Да мало ли для чего каждому из нас постоянно требуется этот удобный, надёжный и, казалось бы такой простой и понятный каждому инструмент. А задумывались ли вы, почему нож режет, строгает, рубит, а что- то другое, например металлическая линейка или крышка от консервной банки – нет. На этот вопрос ответит даже ребёнок: потому, что нож – острый, а линейка – нет. Ну а если мы сравним два ножа, острый и затупившийся? Почему тупой нож режет плохо или вообще никак? Давайте попробуем разобраться. Представьте, что нам нужно преодолеть заснеженную равнину. Мы в тёплых зимних ботинках, делаем шаг, другой – и проваливаемся в снег по колено, затем по пояс… Понятно, что дальше будет то же самое и нужно что-то придумать. Начинаем искать решение и не замечаем одинокого лыжника, который легко прошёл неприступную для нас равнину и скрылся вдали. Теперь представьте, что снег – это то, что мы хотим разрезать нашим ножом, а сам нож – это в одном случае наши тёплые ботинки, а в другом – лыжи одинокого любителя зимних прогулок. Каждый из нас давил на снег с такой же силой, как и лыжник, только наша сила распределялась на гораздо меньшую площадь (площадь подошвы ботинка раз в десять меньше площади лыжи), поэтому ботинок легко продавил снег, а лыжи оставили лишь неглубокий след. Этот очевидный факт объясняет неспособность металлической линейки разрезать, например, кусок картона – площадь ребра слишком велика, чтобы усилием руки мы смогли продавить картон (лыжи). Другое дело, если вместо линейки мы возьмём нож – острое лезвие имеет несравненно меньшую площадь поверхности, опирающуюся на картон, поэтому то же самое усилие нашей руки создаст огромное давление и картону не останется ничего, как послушно разделиться на две части (ботинок легко продавливает снег). Теперь мы легко сможем объяснить, почему два ножа режут по-разному: острый нож будет иметь очень малую толщину режущей кромки, а затупившийся вместо бритвенного острия сможет стыдливо представить лишь блестящую округлую линию с выкрошенными либо замятыми участками. Превращение изначально острой кромки в округлую, замятую или выкрошенную – следствие естественного износа, поскольку огромное давление, оказываемое ножом на разрезаемый материал, вызывает точно такое же давление со стороны материала на нож. Вот это самое противодавление и превращает острый некогда инструмент в почти бесполезную железяку. Вы наверняка замечали, что разные ножи тупятся по-разному: одни сдаются очень быстро, другие держат оборону гораздо дольше. В следующей главе попытаемся разобраться в такой нестабильности поведения.
Инструмент, подобный ножу, использовался человеком уже тысячи лет назад. Правда, материал, из которого его изготавливали, периодически менялся: костяные наконечники, острые обломки ракушек, камень с острым краем, бронзовые и, наконец, железные ножи, топоры и т. д. Понятно, что человек не просто так переходил с костей животных на камень, а потом на металл. В те далёкие времена без ножа, копья было просто не выжить – необходимо было постоянно охотиться, чтобы обеспечить себя пищей и защищаться от диких зверей, чтобы самому не стать обедом. Костяные ножи и наконечники копий были просты в изготовлении, но быстро приходили в негодность. Изготовление каменных инструментов требовало куда больше умения, времени, зато и служили они гораздо дольше и позволяли обрабатывать ту же самую кость. Переход на бронзовые изделия потребовал применения высокой температуры, но человек пошёл на это, несмотря на лишние хлопоты, а использование железа стало возможным лишь после того, как древние люди научились разогревать особенные камни красно-рыжего цвета до ещё более высоких температур, что позволило людям получать очень долговечное оружие, хотя и уступающее по твёрдости камню, но гораздо более прочное – каменный топор от неловкого удара мог расколоться и человек оставался один на один с опасностью лишь с деревянной рукояткой, а топором из железа уже можно было спокойно рубить дерево, кости и даже раскалывать небольшие камни. Историки эти эпохи называют каменным веком, бронзовым и, соответственно, железным. С тех пор прошло очень много времени, но железо так и осталось главным материалом для изготовления всего режущего, колющего, рубящего. Переход от камня к бронзе и затем к железу потребовал от человека осознания, что ему важнее: простота изготовления или надёжность и долговечность того, что обеспечит ему существование и безопасность. Здесь нужно сразу уточнить, что современные ножи, топоры и прочие острые вещи делаются не из чистого железа, а из смеси железа и некоторых веществ, главным из которых является углерод. Углерод окружает нас повсюду – он входит в состав воздуха, которым мы с вами дышим, является основой для грифельных карандашей, которыми мы рисуем и пишем, сгоревшее в печке или костре полено превращается в уголь, который большей частью состоит из углерода. Да что там полено – мы с вами своей жизнью обязаны углероду – он входит в состав так называемой ДНК (Дезоксирибонуклеиновой кислоты), благодаря которой организм воспроизводит себе подобных и из человека получается человек, а из собаки – собака, а не акула или динозавр. Если представить, что на Земле жизнь была бы основана не на углероде, а, предположим, на кремнии, то мы, скорее всего, увидели бы каменные статуи, очень медленно передвигающиеся по улицам городов, иногда нам встречались бы такие же каменные кошки, собаки, которые для нас с вами выглядели, как неподвижные изваяния, но на самом деле они бы спешили куда-то по своим делам, только очень – очень медленно. Но мы несколько замечтались, весьма сильно ушли в сторону и пора возвращаться к тому, с чего начали. Так как же этот таинственный углерод подружился с железом, и что вышло из этой дружбы?
Само по себе железо – это достаточно мягкий материал, чистое железо не способно строгать дерево или рубить гвозди. По правде сказать, абсолютно чистое железо не существует в природе, для его получения нужно изрядно постараться, а те предметы, которые мы в обиходе называем железными, на самом деле не железные, а стальные, то есть изготовленные из стали. Теперь попробуем разобраться, что такое сталь и почему она прочнее чистого железа. Мы с вами современные люди и знаем, что все предметы, вещества состоят из мельчайших частичек – молекул, атомов. Атомы, в свою очередь, тоже состоят из ещё более мелких частиц… Разговор на эту тему можно продолжать бесконечно, но мы не будем умничать и постараемся понять свойства стали на понятных и простых примерах, а заумные выводы оставим специалистам и тем, кто себя таковыми считает.
