刀為什麼能把食物分兩半？
審核專家：北京師範大學物理系副教授 張宏寶
「雲端蝌學課」第一期
廚刀是我們每個人家庭中必備的工具，沒有了廚刀，我們就沒辦法高效快捷地製作各式美味佳餚。在市場上，我們可以買到五花八門的廚刀：片刀、文武刀、斬骨刀、殺豬刀、剔骨刀、麵包刀等等。不過同學們，你知道這些廚刀背後蘊含有哪些力學原理嗎？
一把刀究竟是如何切開食材的？
我們可以很輕易地用一把刀切開一塊豆腐，也可以稍微再使點勁切開一塊牛肉。如果我們的力氣再大點，還可以剁開一根骨頭。那麼，在切開這些食材的過程中，廚刀的刀刃處究竟發生了什麼呢？
現在，我們選取一塊豆腐（韌性較強）以及一塊巧克力（韌性較差）作為研究對象，利用一把普通的廚刀分別將它們切成兩半，看看是什麼情況吧。
切豆腐是非常容易的（圖源：騰訊）
切豆腐
首先我們要清楚，即使是我們在市面上能買到的最鋒利的刀，它的刀刃部位仍然具有一定的厚度。
一把刀刃的局部放大圖，可以看到很明顯的厚度以及使用後的磨損痕跡（圖源：騰訊）
在開始切豆腐時，倘若我們將刀刃與豆腐接觸的地方放大後再觀察，就會發現刀刃下方的那一部分豆腐受到了刀刃向下平壓的作用力，從而向下移動了一小段距離。
此時，由於這一部分豆腐的移動，被平壓區域附近的豆腐同時受到了拉伸力和剪切力的作用。用力學術語來說，那就是由於外力導致的豆腐局部變形，使得在刀刃附近的豆腐同時受到了拉應力和剪應力的共同作用。
刀刃將一部分豆腐壓了下去，從而在兩側出現了受力區（作者自製）
如果我們繼續豎直向下切，那麼刀刃兩側豆腐所受到的拉伸力和剪切力逐漸增加，當其中某一部位的受力超過了豆腐的分子間作用力時，豆腐便會在這一部位發生破壞，從而產生了切面。
接著，隨著廚刀的厚度從刀刃到刀身逐漸增大，廚刀的側面還會對豆腐施加水平向外的壓力，從而繼續分離切面。
豆腐出現初始的破壞（作者自製）
類似的過程一般對應於韌性較強的食材，例如肉類、麵團等等。
切巧克力
切完豆腐之後，我們換上巧克力來試試！
由於巧克力質地較脆，韌性較差，因此不會和豆腐一樣出現比較明顯的局部變形。在刀刃開始向下平壓巧克力外表面之初，刀刃下方的巧克力只需要稍微向下移動相對較小的一段距離，就會使附近巧克力受到的作用力超過了巧克力的分子間作用力。於是，裂紋便形成了，並迅速向外擴展，直到整個巧克力裂開。
因此，我們有時候會發現，一般不需要用刀將巧克力全部切下去，便可以使之分裂為兩半。
巧克力等脆性材料可以出現迅速擴展的裂紋（作者自製）
和巧克力一樣韌性較差的食材還有南瓜（從外皮方向切）、大骨頭等等。
普通廚刀不好切該怎麼辦？
廚房裡的食材豐富多樣，例如具有高韌性纖維的牛肉，非常硬的大骨頭以及很容易變形和掉渣的麵包等等，倘若我們用普通廚刀來切它們，那可太費勁了，這又怎麼辦呢？
這個時候就是專業廚刀派上用場的時候啦！例如，斬骨刀可以輕易地劈砍骨頭、水果刀可以輕鬆切開各類水果、麵包刀可以完美地切割麵包、剔骨刀則可以靈活地去掉骨頭上的碎肉等等。那麼，這些專業廚刀又應用了那些額外的力學原理，我們來看看吧！
斬骨刀：提高動能
斬骨刀是專門用來劈砍大骨頭的廚刀。這種刀的刀身較厚，刀刃較鈍，因此整體重量偏大。
在斬骨時，大師傅們一般氣沉丹田，站穩重心，然後手拿斬骨刀，掄圓了胳膊使勁往下一砍，堅硬的骨頭便應聲而斷。在這個過程中，掄圓胳膊是為了盡力提高斬骨刀的高度，從而在劈砍時靠其沉重的刀身儘量賦予其足夠的動能。這不正是我們初中物理課本中機械能的轉化原理嘛（初中物理人教版八年級下冊）：
一個物體從高處下落，物體的重力勢能轉化成了它的動能…動能和勢能可以互相轉化。
另外，由於骨頭較硬，較鈍的刀刃可以保證斬骨刀在劈砍時不會打滑，也不會被輕易崩碎。
斬骨刀的威力（圖源見水印）
殺豬刀：增大切割行程
如果要處理大體積的肉塊，我們該怎麼辦呢？是用3米的長刀直接切塊嗎？廚師們才不會那麼笨呢，他們選擇使用專用的殺豬刀（當然啦，用殺豬刀處理牛羊肉也是可以滴）。
和常見的直刃刀不同，殺豬刀具有彎曲的刀刃，就像是一輪彎月，細細打磨後，刀刃上仿佛還泛著寒光。電影《國產凌凌漆》裡，周星馳扮演的豬肉佬就有這麼一把威武霸氣的殺豬刀。
殺豬刀（圖源：騰訊）
豬肉佬用殺豬刀幹掉了金槍客（圖源：騰訊）
即使是被打磨得相當鋒利的直刃刀，我們也很難用它刺入肉製品，並繼續進行下一步的切割操作。而殺豬刀的優勢在於，彎曲的刀刃可以使廚師更靈活地發力，同時增加了對肉製品的切割行程。因此，豬肉佬可以憑藉殺豬刀那銳利的刀刃輕易地刺穿皮肉，然後使勁往下一划，便可以將一塊肉整齊地割下來。
在軍事方面，大名鼎鼎的尼泊爾彎刀與蒙古馬刀也都採用了這種彎曲的刀刃，殺傷力頗高。
蒙古彎刀（圖源：新浪）
麵包刀：改切為鋸
喜歡吃切片麵包的同學可能嘗試過自己切麵包片，卻發現家用的普通廚刀無法勝任這份工作。由於麵包本身質地鬆軟，並且含有大量不容易切斷的纖維，因此，使用普通廚刀切麵包的話，很容易使麵包嚴重變形，不復之前鬆軟的形狀。
既然我們無法採用傳統的按壓切割法切麵包，那我們就改成鋸切吧！麵包刀正是一把小小的鋸子，它的刀刃部位有著很多方向相反的小鋸齒。在切麵包時，只需用麵包刀在麵包上輕輕地拉動，便可以將纖維輕鬆鋸斷。這樣雖然會掉一些麵包渣，但是可以完美地保持麵包鬆軟的形狀。
美劇《史密斯夫婦》中的切麵包鏡頭（圖源見水印）動圖見附件
用麵包刀切蛋糕（圖源：豆瓣）
同樣地，我們還可以使用麵包刀來切西紅柿等汁水較多的水果和蔬菜，避免由於擠壓而損失大量汁液。
用麵包刀切西紅柿（圖源：廚房故事）
其實，我們家中經常使用的普通廚刀由於日常磨損，在刀刃處存在有大量的細微磨損，這些磨損也可以起到鋸齒的作用。因此，在用普通廚刀遇到不好切的食物時，我們可以嘗試採用麵包刀這種拉鋸的辦法來提高切割效率。
怎麼樣，這些廚刀背後的力學知識都get到了嗎？我們來複習一下吧：
1. 刀刃使附近的食材產生了局部變形，從而對附近的食材產生了複雜的作用力。當這種作用力大於食物的分子間作用力時，食材就被切開了。
2. 斬骨刀通過增加高度和自身重量來增加劈砍時的動能。
3. 殺豬刀利用彎曲的刀刃實現切割時的靈活性以及較大的切割行程。
4. 麵包刀可以快速鋸掉食材的局部部分，防止食物出現明顯的整體變形。
沒錯，這些都來自於初中二年級物理課本中有關力學（第七章、第八章等）和機械能（第十一章第四節）方面的知識。
萬萬沒想到吧，力學在生活中這麼有趣，你還有什麼好玩的體會和想法，歡迎課後和課代表蝌蚪君溝通交流！
最後要提醒大家，廚刀是危險物品，在使用時一定要注意安全，最好是在家長的監護下操作，防止誤傷哦！
參考文獻：
[1] 八年級物理，義務教育教科書，人民教育出版社
[2] 黃建洪. 對鋒利刀刃磨損機理和熱處理工藝的探討[J]. 兵器材料科學與工程, 1988(03):24-33.