刀为什么能把食物分两半？
审核专家：北京师范大学物理系副教授张宏宝
“云端蝌学课”第一期
厨刀是我们每个人家庭中必备的工具，没有了厨刀，我们就没办法高效快捷地制作各式美味佳肴。在市场上，我们可以买到五花八门的厨刀：片刀、文武刀、斩骨刀、杀猪刀、剔骨刀、面包刀等等。不过同学们，你知道这些厨刀背后蕴含有哪些力学原理吗？
一把刀究竟是如何切开食材的？
我们可以很轻易地用一把刀切开一块豆腐，也可以稍微再使点劲切开一块牛肉。如果我们的力气再大点，还可以剁开一根骨头。那么，在切开这些食材的过程中，厨刀的刀刃处究竟发生了什么呢？
现在，我们选取一块豆腐（韧性较强）以及一块巧克力（韧性较差）作为研究对象，利用一把普通的厨刀分别将它们切成两半，看看是什么情况吧。
切豆腐是非常容易的（图源：腾讯）
切豆腐
首先我们要清楚，即使是我们在市面上能买到的最锋利的刀，它的刀刃部位仍然具有一定的厚度。
一把刀刃的局部放大图，可以看到很明显的厚度以及使用后的磨损痕迹（图源：腾讯）
在开始切豆腐时，倘若我们将刀刃与豆腐接触的地方放大后再观察，就会发现刀刃下方的那一部分豆腐受到了刀刃向下平压的作用力，从而向下移动了一小段距离。
此时，由于这一部分豆腐的移动，被平压区域附近的豆腐同时受到了拉伸力和剪切力的作用。用力学术语来说，那就是由于外力导致的豆腐局部变形，使得在刀刃附近的豆腐同时受到了拉应力和剪应力的共同作用。
刀刃将一部分豆腐压了下去，从而在两侧出现了受力区（作者自制）
如果我们继续竖直向下切，那么刀刃两侧豆腐所受到的拉伸力和剪切力逐渐增加，当其中某一部位的受力超过了豆腐的分子间作用力时，豆腐便会在这一部位发生破坏，从而产生了切面。
接着，随着厨刀的厚度从刀刃到刀身逐渐增大，厨刀的侧面还会对豆腐施加水平向外的压力，从而继续分离切面。
豆腐出现初始的破坏（作者自制）
类似的过程一般对应于韧性较强的食材，例如肉类、面团等等。
切巧克力
切完豆腐之后，我们换上巧克力来试试！
由于巧克力质地较脆，韧性较差，因此不会和豆腐一样出现比较明显的局部变形。在刀刃开始向下平压巧克力外表面之初，刀刃下方的巧克力只需要稍微向下移动相对较小的一段距离，就会使附近巧克力受到的作用力超过了巧克力的分子间作用力。于是，裂纹便形成了，并迅速向外扩展，直到整个巧克力裂开。
因此，我们有时候会发现，一般不需要用刀将巧克力全部切下去，便可以使之分裂为两半。
巧克力等脆性材料可以出现迅速扩展的裂纹（作者自制）
和巧克力一样韧性较差的食材还有南瓜（从外皮方向切）、大骨头等等。
普通厨刀不好切该怎么办？
厨房里的食材丰富多样，例如具有高韧性纤维的牛肉，非常硬的大骨头以及很容易变形和掉渣的面包等等，倘若我们用普通厨刀来切它们，那可太费劲了，这又怎么办呢？
这个时候就是专业厨刀派上用场的时候啦！例如，斩骨刀可以轻易地劈砍骨头、水果刀可以轻松切开各类水果、面包刀可以完美地切割面包、剔骨刀则可以灵活地去掉骨头上的碎肉等等。那么，这些专业厨刀又应用了那些额外的力学原理，我们来看看吧！
斩骨刀：提高动能
斩骨刀是专门用来劈砍大骨头的厨刀。这种刀的刀身较厚，刀刃较钝，因此整体重量偏大。
在斩骨时，大师傅们一般气沉丹田，站稳重心，然后手拿斩骨刀，抡圆了胳膊使劲往下一砍，坚硬的骨头便应声而断。在这个过程中，抡圆胳膊是为了尽力提高斩骨刀的高度，从而在劈砍时靠其沉重的刀身尽量赋予其足够的动能。这不正是我们初中物理课本中机械能的转化原理嘛（初中物理人教版八年级下册）：
一个物体从高处下落，物体的重力势能转化成了它的动能…动能和势能可以互相转化。
另外，由于骨头较硬，较钝的刀刃可以保证斩骨刀在劈砍时不会打滑，也不会被轻易崩碎。
斩骨刀的威力（图源见水印）
杀猪刀：增大切割行程
如果要处理大体积的肉块，我们该怎么办呢？是用3米的长刀直接切块吗？厨师们才不会那么笨呢，他们选择使用专用的杀猪刀（当然啦，用杀猪刀处理牛羊肉也是可以滴）。
和常见的直刃刀不同，杀猪刀具有弯曲的刀刃，就像是一轮弯月，细细打磨后，刀刃上仿佛还泛着寒光。电影《国产凌凌漆》里，周星驰扮演的猪肉佬就有这么一把威武霸气的杀猪刀。
杀猪刀（图源：腾讯）
猪肉佬用杀猪刀干掉了金枪客（图源：腾讯）
即使是被打磨得相当锋利的直刃刀，我们也很难用它刺入肉制品，并继续进行下一步的切割操作。而杀猪刀的优势在于，弯曲的刀刃可以使厨师更灵活地发力，同时增加了对肉制品的切割行程。因此，猪肉佬可以凭借杀猪刀那锐利的刀刃轻易地刺穿皮肉，然后使劲往下一划，便可以将一块肉整齐地割下来。
在军事方面，大名鼎鼎的尼泊尔弯刀与蒙古马刀也都采用了这种弯曲的刀刃，杀伤力颇高。
蒙古弯刀（图源：新浪）
面包刀：改切为锯
喜欢吃切片面包的同学可能尝试过自己切面包片，却发现家用的普通厨刀无法胜任这份工作。由于面包本身质地松软，并且含有大量不容易切断的纤维，因此，使用普通厨刀切面包的话，很容易使面包严重变形，不复之前松软的形状。
既然我们无法采用传统的按压切割法切面包，那我们就改成锯切吧！面包刀正是一把小小的锯子，它的刀刃部位有着很多方向相反的小锯齿。在切面包时，只需用面包刀在面包上轻轻地拉动，便可以将纤维轻松锯断。这样虽然会掉一些面包渣，但是可以完美地保持面包松软的形状。
美剧《史密斯夫妇》中的切面包镜头（图源见水印）动图见附件
用面包刀切蛋糕（图源：豆瓣）
同样地，我们还可以使用面包刀来切西红柿等汁水较多的水果和蔬菜，避免由于挤压而损失大量汁液。
用面包刀切西红柿（图源：厨房故事）
其实，我们家中经常使用的普通厨刀由于日常磨损，在刀刃处存在有大量的细微磨损，这些磨损也可以起到锯齿的作用。因此，在用普通厨刀遇到不好切的食物时，我们可以尝试采用面包刀这种拉锯的办法来提高切割效率。
怎么样，这些厨刀背后的力学知识都get到了吗？我们来复习一下吧：
1.刀刃使附近的食材产生了局部变形，从而对附近的食材产生了复杂的作用力。当这种作用力大于食物的分子间作用力时，食材就被切开了。
2.斩骨刀通过增加高度和自身重量来增加劈砍时的动能。
3.杀猪刀利用弯曲的刀刃实现切割时的灵活性以及较大的切割行程。
4.面包刀可以快速锯掉食材的局部部分，防止食物出现明显的整体变形。
没错，这些都来自于初中二年级物理课本中有关力学（第七章、第八章等）和机械能（第十一章第四节）方面的知识。
万万没想到吧，力学在生活中这么有趣，你还有什么好玩的体会和想法，欢迎课后和课代表蝌蚪君沟通交流！
最后要提醒大家，厨刀是危险物品，在使用时一定要注意安全，最好是在家长的监护下操作，防止误伤哦！
参考文献：
[1]八年级物理，义务教育教科书，人民教育出版社
[2]黄建洪.对锋利刀刃磨损机理和热处理工艺的探讨[J].兵器材料科学与工程,(03):24-33.