小心紙張“刺客”

一張紙的攻擊力或許很低，但絕對(duì)存在——尤其是在它的邊緣快速劃過(guò)手指的時(shí)候。皮膚不是應(yīng)該比厚度只有幾微米的紙張更厚更堅(jiān)固嗎？紙張為何會(huì)成為割傷手指的“刺客”呢？來(lái)自丹麥技術(shù)大學(xué)和挪威奧斯陸大學(xué)的科學(xué)家分析了這些割傷事件發(fā)生的規(guī)律，并找到了紙張家族中最容易變成“刺客”的危險(xiǎn)分子。本期，讓科學(xué)家們?yōu)槟阒v講紙張割傷手指背后的原理吧！

可別小看一張紙，如果將一張紙片裝在電鋸上，讓它高速轉(zhuǎn)動(dòng)，它甚至可以切割開(kāi)一塊厚度為1厘米的木板。紙張“刺客”最?！肮簟钡奈恢檬俏覀兊氖种?。如果我們用顯微鏡觀察紙的邊緣，會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)不是平整的直線狀，而是像鋸子一樣的鋸齒狀。所以手指被紙刮到的時(shí)候，皮膚會(huì)像被鋸子鋸過(guò)一樣，留下鋸齒狀的傷口。而且，手指上的神經(jīng)末梢數(shù)量遠(yuǎn)超人體其他部位，因此哪怕被割破一個(gè)淺淺的小傷口，我們也會(huì)有較強(qiáng)的疼痛感。

生活中，我們似乎很難避免被紙張割傷。信紙和書(shū)籍的紙張都有可能割傷我們的皮膚，但其他類型的紙張，如薄薄的抽紙或較厚的明信片，則不太可能割傷我們。這是為什么呢？

丹麥技術(shù)大學(xué)和挪威奧斯陸大學(xué)的科學(xué)家做了實(shí)驗(yàn)，用明膠制作了手指模型，還收集了各種不同厚度的紙張樣本，用它們進(jìn)行了一系列切割測(cè)試。這些紙張包括打印紙、書(shū)頁(yè)、名片等，它們的厚度在30微米到220微米之間。研究人員發(fā)現(xiàn)，在相同的切割角度下，用較厚的紙，如名片切割明膠時(shí)，只會(huì)讓明膠凹陷下去，不會(huì)切開(kāi)明膠；換用薄一點(diǎn)的紙，如打印紙、書(shū)頁(yè)時(shí)，能夠切開(kāi)明膠；但當(dāng)換用更薄的紙，如紙巾時(shí)，紙不僅沒(méi)能切開(kāi)明膠，而且被明膠壓彎了。此外，他們還測(cè)試了不同切割角度下，用紙切破明膠手指的難易程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紙和明膠表面的切割?yuàn)A角越小，越容易切開(kāi)口子。

為什么在相同切割角度下，打印紙、書(shū)頁(yè)這種厚度的紙更容易切開(kāi)明膠手指呢？這是因?yàn)樵谇懈钸^(guò)程中，紙施加給明膠手指的所有力都集中在紙和明膠手指之間的接觸表面上。而紙?jiān)奖?，它與明膠手指間的接觸面積就越小，從而導(dǎo)致明膠手指在單位面積上所受的力更大。那為什么當(dāng)紙過(guò)薄的時(shí)候，又切不開(kāi)明膠手指了呢？這是因?yàn)樵奖〉募垙?qiáng)度越低，當(dāng)其自身承受不了所施加的力時(shí)，便會(huì)發(fā)生彎曲，這在工程力學(xué)上叫作“屈曲”，即柱子或橫梁等結(jié)構(gòu)在承受過(guò)大的壓縮負(fù)荷時(shí)，突然發(fā)生彎曲或形變的情況。

只有當(dāng)一張紙能夠給皮膚的最大壓力是剛剛能夠切開(kāi)皮膚，卻又恰好不至于發(fā)生屈曲時(shí)，這種厚度的紙才是最容易劃傷手指的紙。最后，研究人員算出結(jié)論——厚度為65微米的紙最容易造成割傷。生活中，許多點(diǎn)陣打印機(jī)用紙的厚度剛好是65微米。

找到“最危險(xiǎn)”的紙之后，研究人員想：既然紙片能割破手指，是不是也能用來(lái)切東西呢？于是，他們做了一把用紙做刀刃的小刀。研究人員通過(guò)3D打印制成紙刀的刀身，用磁鐵固定作為一次性刀刃的紙片。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)只要找到合適的切割手法，紙刀就能切開(kāi)蘋(píng)果、黃瓜、辣椒等蔬果，甚至還能切開(kāi)雞肉。不過(guò)，同學(xué)們千萬(wàn)不要模仿研究人員的行為，以免割傷自己?jiǎn)选?/p>

在我們的印象里，紙十分脆弱，被火燒會(huì)化為灰燼，被水打濕會(huì)變得脆弱，被輕輕一撕就會(huì)裂開(kāi)……然而紙張有時(shí)候也會(huì)成為傷人的“刺客”，甚至紙穿上科技的“外衣”后，還能抵擋水、火的攻擊。如：在紙張表面涂上樹(shù)脂、乳膠、石蠟或聚乙烯等材料制成的特殊涂層，就能防止水分子滲透到紙張內(nèi)部，從而使紙張獲得防水性能；防火紙?jiān)诎b、建筑等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，采用了與普通紙不一樣的植物纖維材質(zhì)或者礦物纖維材質(zhì)制成，并且在紙張內(nèi)部添加了阻燃劑，這些阻燃劑能夠在紙張纖維之間形成阻隔，防止火焰的傳播。相信未來(lái)，紙張“刺客”能在我們的工作生活中派上更多用場(chǎng)。

（注：本文根據(jù)科普中國(guó)、新華社、果殼、環(huán)球科學(xué)等微信公眾號(hào)登載的文章整編。）