1、菜刀上的物理知识高一实验班 张静云 陈钰莹摘要：厨房里有各种各样的东西，而其中必不可少的非菜刀莫属了。那么，为了能够更好地利用菜刀这一工具，就需要我们对 菜刀有比较深入的了解。我们将运用不同的物理知识来深入地分析菜刀，以此帮助我们更好地利用 这一工具。关键词：菜刀，物理，压强，杠杆，摩擦，锋利一、引入菜刀作为厨房中必不可少的一个工具，我们对它的了解似乎并不深入。比如菜刀为什么越锋利切东西越省力呢？我们只知道这一常识，却无法科学地去解释它。我们对它的认知只停留在表面，并没有用科学的知识来支撑我们的认知。下面，我们将运用不同的物理知识来深入地分析菜刀，解释我们对菜刀不同的认知，这将帮助我们更好地利
2、用这一工具，让菜刀用得更省时省力省心。二、正文菜刀是一种厨房用的刀，是用来切菜切肉的生活用具。它由由刀刃、刀把和刀身三部分组成。家用菜刀按功能分为切片刀、砍骨刀、斩切两用刀，水果刀等，其他还有如冻肉刀，面包刀，多用刀之类的。按照加工工艺分类有冲压成型、红热锻打等；按材料分碳钢、不锈钢、陶瓷（氧化锆）等。我们将从菜刀的压强、摩擦力、惯性、杠杆、楔形程度这几方面进行探究。1、压强从生活经验可知，不同的刀刃厚度的刀，即刀的锋利程度不同时，切物体的容易度不同，我们也可以从力学方面找到一些相关知识，从物理的压强知识可以解释，由压强公式 P=F/S 得：力 F 一定时，受力面积 S 越小，压强 P 越大；
3、受力面积越大，压强越小，所以，刀越锋利，划切物体越容易，也即刀刃越薄，越容易切物体，刀刃越锋利，菜刀越容易切削食物因此，刀的锋利程度与刀刃厚薄程度有关。在切坚韧程度不同的物体时，可选择锋利程度不同的刀，以达到最省力最方便的目的。2、摩擦力刀面上的摩擦力：在削东西的时候，例如，削茄子的时候我们用刀刃锐的并且刀身薄一些的，只要轻轻的一挥动就可以轻松的把茄子削开。在力学方面这是为了减少刀与物体之间的摩擦面积，使作用在物体身上的压力增大。刀面越光滑越容易切开物体，因为刀面光滑了，那么，刀与被切物体间的摩擦系数就减小了，由公式：摩擦力 f=摩擦系数 x 正压力 N，所以，相应的摩擦力 f 也就减小了，以
4、至于切物体时就更省力。刀把上的摩擦力：菜刀上的刀把不光滑，布满小凹凸不平的花纹，这是为了增大手与刀把的摩擦力，使人用菜刀切东西时不易与菜刀脱落，更容易切物体。3、杠杆通过观察不同类型的刀，我们发现每种刀的刀把长度都不一样。其中，水果刀的刀把最短，裁纸刀的刀把最长，普通菜刀的刀把较短。那么刀把的长度为什么都不一样呢？我们猜测，这应该与杠杆原理有关。那么，一把刀上，杠杆的支点，动力臂和阻力臂是哪部分呢？实际上，动力臂并不一定是指用手握的那部分刀把；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动力臂，动力臂可以与刀身同长，也可以与手握的那部分同长。通过对刀进行受力分析
5、，我们可以得到（如图 1）。L2 L1F1F2其中 F1 是动力，F2 是阻力，L1 是动力臂，L2 是阻力臂。根据杠杆原理：F1L1=F2L2，当 F2 一定时，L2 尽可能小，L1 尽可能大，则 F1 就可以尽可能小，人们在使用时便可以更省力。生活中，我们切西瓜时，如果先把刀插入西瓜内，再按住刀柄，划破西瓜，会省力些。这是因为这种做法是以刀身长为动力臂，这样增加了动力力矩，切开就省力些。但在现实生活中，人们往往不会是为了省力才制造长短不一的刀把。比如雕刻家用的雕刻刀，刀把比刀口短得多，雕一片小东西并不需要很大的力，但为了方便，却把刀把做得很短，这是为了用一个较大的位移来控制一个较小的位移，
6、这样，就会更精确，不会“走刀” 。 而菜刀本身是一个费力杠杆，费力杠杆的好处是可以有效的缩短力的作用距离，也就是说，菜刀的刀把不能纯粹的因为省力图 1而把刀把做得长，也需要综合多方面因素考虑。4、楔形程度菜刀的刀刃是用来切削食物的，刀刃的截面是一个三角形，且刀尖非常锐利，即三角形顶角 很小，那么 的大小会影响用力大小吗？接下来， 我们对刀口进行受力分析：（如图 2）当我们使用菜刀切削食物，给刀刃施加力 F 时，首先，这个力作用在食物上，对食物产生很大的压强，从而把食物切开，同时，这个力会产生两个效果，这就是刀刃的两侧面的两个相等的分力T1、T2，由几何数学分析知： ，随着 角的增大（即刀口的锲
7、形程度越大），T 1和 T2减小，用这种刀口就越难切物体。因此， 越小刀刃越锋利，菜刀越容易切削食物，但刀刃的强度和钢度要相对减弱，我们磨刀的目的就是减小刀刃的顶角。5、惯性刀的类型五花八门，如果我们举起不同的刀，会发现每种类型的刀的质量都不一样。水果刀的质量较小，菜刀质量较大，而砍刀的质量却很大，那么质量对刀的使用又有什么影响呢？让我们用牛顿第二定律来分析一下刀在空中以及切入物体后的受力情况以及加速度、速度。对刀接触到物体时进行受力分析（如图 3）。当刀从相同高空自由落下时，刀以重力加速度 g 加速运动。它接触到物体时的瞬时速度 ， 当刀接触物体后的合力 F 合=fmg这段时间内刀的加速度则
8、刀在物体中的位移 gmfhaVS2当我们控制高度 h 和刀所受阻力 f 不变时，刀切入物体的深度随刀的质量增大而增大。因此，我们可以得出，切相同的物体时，刀的质量越大，使用起来就越省力。但有时使用省力，切出的物体却不能达到最好的效果。所以，我们应该随物体的不同来选择质量不同的刀。三、总结与评估mgvf图 3经过这次探究活动，我们发现物理的世界真的很奇妙，它在我们生活中无处不在。小小的菜刀却蕴含着丰富的物理知识，只要我们乐于观察生活，乐于发现生活的一点一滴，我们就会收获意想不到的快乐。其实学习也可以这样，只要用心，我们就可以乐在其中。在这次活动中，我们还增强了合作能力和构建论文的能力，我们学会了与伙伴构思论文，学会了从不同的角度分析问题。通过这次的论文构建，我们希望能给人们关于菜刀的一些合理建议，以实现建立论文的真正价值。感谢老师们给我们这样一次宝贵的机会让我们锻炼一下。同样，在这次的探究活动中我们还存在许多不足。 比如，对菜刀的研究我们并没有进行相关实验，而仅仅是在理论上对它进行分析，这导致我们的动手能力并没有因此得到提高。还有，因为学科能力的限制，我们对问题的探究可能不够深入，但我们会继续努力。望各位老师多多指正，我们必将虚心受教，努力做得更好。
