دلیل کند شدن تیغ اصلاح
یک مطالعه جدید نشان میدهد موهای انسان 50 برابر نرمتر از استیل است، اما میتواند لبه تیغ را از بین ببرد. تیغها، چاقوهای جراحی و چاقوها معمولاً از فولاد ضدزنگ ساخته میشوند. آنها کاملا تیز میشوند و با موادی سختتر مانند کربن الماس پوشانده میشوند. با این حال، چاقوها نیاز به تیز شدن منظم دارند. در حالی که تیغها به طور معمول پس از بریدن مواد بسیار نرمتر از تیغهها (موها)، باید تعویض شوند. در این تحقیق که توسط مهندسان در MIT صورت گرفته، دلیل کند شدن تیغ اصلاح و عمل ساده اصلاح را از نزدیک مطالعه کردهاند. تا دریابند چه دلایلی باعث کندی تیغهای اصلاح میشود.

چرا لبهی تیغ ترک میخورد
آنها دریافتند که اصلاح مو باعث تغییر شکل لبهی تیغه به روشی میشود که پیچیدهتر از ساییده شدن لبه در طول زمان است. در حقیقت، یک تار مو میتواند باعث شود لبهی تیغه در شرایط خاص تراشه کند. پس از ایجاد ترک اولیه، تیغه در برابر تراش بیشتر آسیبپذیر است. با جمع شدن ترکهای بیشتر در اطراف تراشه اولیه، لبه تیغ میتواند به سرعت کند شود.
تیم تحقیق نشان داد که ساختار میکروسکوپی تیغه نقشی اساسی دارد. اگر ساختار ریز فولاد یکنواخت نباشد، تیغه مستعد خرد شدن است. زاویه نزدیک شدن تیغه به یک تار مو و وجود نقص در ساختار میکروسکوپی فولاد نیز در ایجاد ترک نقش دارد.
یافتههای این تیم همچنین میتواند سرنخی در مورد چگونگی حفظ تیزی تیغ ارائه دهد. به عنوان مثال، در برش سبزیجات، یک سرآشپز ممکن است برش زاویه دار را به جای برش مستقیم، در نظر بگیرد. و در طراحی تیغههای با دوام بیشتر و مقاوم در برابر تراشه، تولید کنندگان ممکن است ساخت چاقو از مواد همگنتر را در نظر بگیرند.

ساختن تیغههایی با دوام
هدف اصلی این تحقیق درک مسئلهای است که کم و بیش همه از آن آگاه هستند. چرا وقتی که تیغهها با مواد بسیار نرمتری تعامل می کنند، کند میشوند. همچنین دانستن دلیل اصلی این خرابی، این امکان را میدهد که مسیر جدیدی برای ساخت تیغه هایی با دوام بیشتر تعیین کنند.
گروه علوم و مهندسی مواد در MIT برای طراحی مواد جدید با مقاومت استثنایی در برابر آسیب ، ریز ساختار فلزات را بررسی می کند. تا دریابند که چگونه تغییر شکل فلزات را کنترل کنند تا بتوانند فلزات بهتری بسازند. در این مورد، جالب بود که اگر چیزی بسیار نرم مانند موی انسان را با چیزی بسیار سخت مانند فولاد برش دهید، ماده سخت خراب خواهد شد.

چه مکانیسمهایی دلیل کند شدن تیغ اصلاح هستند؟
برای شناسایی مکانیسمهایی که باعث کندی تیغهای ریشتراش هنگام اصلاح موهای انسان میشود، ابتدا برخی آزمایشهای اولیه را انجام دادند. از تیغهای یکبار مصرف برای اصلاح موهای صورت استفاده کردند. پس از هر بار اصلاح، از لبه تیغ با میکروسکوپ الکترونی عکس گرفتند. تا نحوه خراب شدن تیغه را با گذشت زمان ردیابی کنند.
یک آزمایش برش موی درجا در میکروسکوپ الکترونی، روند خرد شدن را نشان می دهد. با کمال تعجب، آزمایشها نشان داد که با گذشت زمان، سایش بسیار کمی وجود دارد. یا از لبه تیز دور میشود که باعث کند شدن تیغ اصلاح میشود. در عوض، آنها متوجه شکل گیری تراشههایی در امتداد مناطق خاصی از لبه تیغ شد.
این موضوع رمز و راز دیگری را مطرح کرد، ما ترکها را دیدیم، اما نه در همه جا. فقط در مکانهای خاص ترکها دیده شدند.

تراشه خاموش دلیل کندی تیغ اصلاح است
برای پاسخ به این سؤال که چرا اصلاح دلیل کند شدن تیغ اصلاح میشود، محققان دستگاه کوچک و میکرومکانیکی ساختند. به کمک آن توانستند آزمایشهای اصلاح کنترل شده تری را انجام دهند. دستگاه از یک مرحله متحرک تشکیل شده است. در دو طرف آن دو گیره وجود دارد، یکی برای نگه داشتن تیغ ریش تراش و دیگری برای اتصال رشتههای مو. آنها از تیغهای تجاری استفاده کردند. آنها را با زاویههای مختلف و عمق برش تنظیم کردند تا عمل اصلاح را شبیهسازی کنند.
این دستگاه به گونهای طراحی شده است که درون میکروسکوپ الکترونی قرار گیرد. جایی که در هنگام انجام آزمایشهای متعدد برش، قادر به گرفتن عکس با وضوح بالا از مو و تیغه باشد. آنها از طیف گستردهای از تارهای مو استفاده کردند.
صرف نظر از ضخامت مو، آنها مکانیسم مشابهی را که موها به تیغه آسیب میرساند مشاهده کردند. همانند آزمایشهای اولیه اصلاح، دریافتند که مو باعث خرد شدن لبه تیغه میشود. اما فقط در بعضی نقاط خاص.
تجزیه و تحلیل تصاویر ضبط شده از کند شدن تیغ
هنگامی که آنها تصاویر و فیلمهای گرفته شده در طول آزمایشهای برش را تجزیه و تحلیل کردند، متوجه شدند که وقتی موها عمود بر تیغه بریده میشوند، تراشهها اتفاق نمیافتند. با این حال، هنگامی که مو آزاد بود، احتمال بروز تراشه بیشتر بود. این تراشهها معمولاً در جاهایی تشکیل میشوند که لبه تیغه با دو طرف تارهای مو روبرو میشود.
تیم برای دیدن اینکه چه شرایطی احتمالاً باعث شکل گیری این تراشهها شده است. شبیهسازیهای محاسباتی را انجام دادند. در آن آنها یک تیغه فولادی را از طریق یک تار مو مدل میکنند. همانطور که هر تراشیدن مو را شبیه سازی میکردند ، شرایط خاصی مانند زاویه برش، جهت نیروی وارد شده در برش و از همه مهمتر ترکیب فولاد تیغه را تغییر دادند.

آنها شبیهسازیهای شکست را که دلیل کند شدن تیغ اصلاح میشود، تحت سه شرایط پیشبینی میکنند:
- وقتی تیغه به زاویه به مو نزدیک میشود
- وقتی تیغه فولادی از نظر ترکیب ناهمگن است
- هنگامی که لبه تارمو در یک نقطه ضعف از ساختار ناهمگن تیغه قرار می گیرد
این شرایط سازوکاری را نشان میدهد که به عنوان تشدید تنش شناخته میشود. در صورتی که اگر ساختار ماده دارای ترک ریز باشد، اثر تنش وارد شده به یک ماده تشدید میشود. به محض تشکیل میکرو ترک اولیه، ساختار ناهمگن مواد این ترکها را قادر میسازد تا به راحتی به تراشه تبدیل شوند.
ناهمگنی دلیل کندی تیغ اصلاح
شبیهسازیهای به ما نشان میدهد که چگونه ناهمگنی در یک ماده میتواند فشار را روی آن ماده افزایش دهد. به طوری که میتواند ترک رشد کند. حتی اگر تنش توسط یک ماده نرم مانند مو ایجاد شود. محققان، فرآیندی را برای دستکاری فولاد به شکل همگنتر، برای ساخت تیغههای با دوام بیشتر و مقاوم در برابر تراشه ثبت کردهاند. ایده اصلی کاهش این ناهمگنی است. در حالی که سختی بالای تیغ حفظ شود. تا تیغههای بهتری برای اصلاح داشته باشیم.