菜刀中的物理学.ppt

菜刀中的物理学 组员： 肖扬，尤梓屹，李青峪， 于修懿，崔潇楠，关艺萱 指导教师： 郭荣华 日常生活中，任何生活用具都是根据一定的原理构造而成的。而我们组这一次要研究的基本内容就是我们在厨房里经常用到的菜刀所蕴含的物理。 现阶段，剧本组了解，同类课题研究情况还很少，有关菜刀中的物理学的知识还并未被大量发觉。 研究菜刀中的物理学这一课题，能够提高我们的科学研究能力，加强对物理知识的理解，同时也能让我们对生活中的物理学有更深的感悟，为以后的物理学习奠定更深的基础。 一、菜刀的结构 菜刀由刀刃，刀 身，刀把三部分 组成； 结构说明 1.刀刃，截面为三角形， 刀尖非常锐利，即三角 形顶角θ很小。刀刃很 薄，手施加在刀把上传 到刀刃上就集中了，这 在物理学上叫做应力集 中（便于切入）。 2.刀身：不同的菜刀， 刀身的形状有很大的 不同，常用的菜刀刀 身呈长方形，厚度一 般为1毫米左右，剁肉 用的（刀斧），刀身 呈圆弧形，且非常厚 实。 3.刀把：刀把上刻有 条纹，其目的就是要 增大与手接触的粗糙 程度，从而增大摩擦 力，不至于由于油腻 而滑手 。 二，菜刀中的物理分析 1.刀刃：当我们使用菜刀切削食物时， 给刀刃施加作用力F时，由于刀刃与 食物接触面积极小，产生的压强便 非常大，从而把食物割开。同时这 个力F会产生另一个效果，即是使刀 刃对两侧面推压食物，把食物切开。 从力的分解角度来看，刀刃对两个 侧面的推压作用力为F和F为力F的两 个分力。若刀刃的截面是等腰三角形， 则根据力的平行四边形定则可知， F=F=F/2Sinθ 。当θ角越小时， 推压力F就越大。也就是说，刀刃越 锋利，菜刀越容易切削物体。 2.刀身：刀身宽窄，是对应刀的重量， 在挥动的时候，可以储存很大的势能； 刀刃的压强就更大。如：肉刀有时还要 跺肉骨，所以需要质量大的刀身。当刀 以一定的速度跺下去，因质量大，跺骨 头的机械能也就大，这样就容易跺烂了 肉骨头。相对来说，水果刀由于常用来 切削水果，不需要太大的力，所以水果 刀的质量就轻小些，且较灵活地转动削 水果皮。此外刀身上还有孔，除了可以 刀身呈矩形，把宽，刀重 用来悬挂外还可以 1.在切的时候，空 中存留的气体有大气压强，能与食物外 面的大气压相互抵消，从而食物不会过 于紧贴刀面，摩擦力小，切菜更易。2.防 止粘黏食物。 3.刀把：刀把在一端，和砍的反冲力不在同一直线上，从而可通过手腕的转动来缓冲，硬度越高，弹性模量越大，受力的变形越小反而弹力越大，对砍切更有利。 形态各异的刀把 三、生活中的实验 实际上，刀把并一定是指用手握的那部分；事实上，在刀上面以人手来维持刀旋转的一个点（即支点）与动力点之间的一部分才是刀把，刀把可以与刀身同长，可以与手握的那部分同长等等。 我们分别以裁纸刀和普通菜刀作了以下研究：用同样大小的刀来划一本书刀划纸的部位离支点的距离越大（即阻力臂大于动力臂），人感觉到很吃力，裁开纸的张数也很少，说明阻力小于动力，又根据力矩平衡原理：M合=0可知：－N×LN+F×LF=0，因为LNLF，可以得到：NF。纸对刀的弹力N与刀对纸的压力F/是一对作用力与反作用力，这样F/F。刀划纸的部位离支点距离越小（即阻力臂小于动力臂），人感觉到很轻松，裁开纸的张数较多，说明阻力大于动力，因为FNLF，可得NF，又纸对刀的弹力N与刀对纸的压力F//是一对作用力与反作用力，这样F//F。同一把刀锋利程度一定，即（刀与纸的接触面相等），刀对纸的压强与F/成正比，当F一定时，F//F/，刀对纸的压强P//P/，所以，刀与纸的接触部位与支点的距离越小时，裁开纸的张数就越多。 根据调查显示，大多数人在用力切不同物体时，用法都不同。用刀口约为40cm长的刀切西瓜时，一般以左手按住刀口的顶端，右手下按刀把。用刀口长约10cm长的刀切西瓜时，先把刀插入西瓜内，再按住刀柄，划破西瓜，这些用法一般都是以刀身长为动力臂，这样增加了动力力矩，切开省力些。人们在切质地比较硬的东西时，一般用刀口较短的刀，比较容易划动，这是因为动力力矩大于阻力力矩，要切动硬质物体所需的压强一般较大，阻力也就较大，这样阻力力矩也就大，增加了动力力臂，就可以减少动力，在使用过程中就比较省力。 在我们日常的生活中物理知识无处不在，只是我们没发现他们，很多物理学家发明东西，是因为他们发现了生活的物理，从而改良生活中的某样物品使之变成一样