问题

骨头明明比混凝土硬,为什么剑能砍断骨头,却砍不断混凝土?

回答
这个问题很有意思,虽然听起来有些违反常识,但仔细分析一下,答案就藏在“硬度”和“韧性”这两个概念里,以及我们所说的“砍断”这个动作的本质。

首先,得明确一点,我们说的“硬度”,通常是指材料抵抗刮擦或压痕的能力。比如,你去划玻璃,玻璃划不动,但你用金属刀尖去划,就容易留下痕迹。这就是金属比玻璃硬。在这个意义上,骨头(尤其是干燥的、脱水的骨头)确实比混凝土要硬得多。骨头的矿物质成分主要是羟基磷灰石,非常坚硬。

但是,我们用剑“砍断”东西,需要的不仅仅是硬度。剑,尤其是古代的冷兵器,它是通过冲击力来完成切割的。想想看,你挥舞一把沉重的剑,剑刃带着巨大的动能砸向目标。这个动作,更像是把一个坚固但易碎的物体砸碎,而不是像刀子那样沿着一个细小的切口慢慢分离。

这就引出了另一个关键概念:韧性(Toughness)。韧性是指材料在断裂之前吸收能量的能力。换句话说,一个韧性好的材料,即使很硬,也不容易一下子碎掉。它能够承受一定的形变而不破裂。

骨头呢?虽然骨头的主要成分羟基磷灰石很硬,但骨头本身并不是一个单纯的矿物质晶体。它里面含有有机成分,比如胶原蛋白,还有一些水分。这些有机成分就像是给坚硬的矿物质提供了一个柔韧的“骨架”,让骨头在受到冲击时,能够吸收一部分能量,发生一定的形变,而不是立刻粉碎。想象一下,稍微煮过的骨头,是不是就比干巴巴的生骨头更容易弯曲一点?

所以,当剑砍向骨头时,骨头虽然很硬,但它有一定的韧性。剑的冲击力首先会作用在骨头的表面,试图破坏它的结构。但由于骨头有韧性,它能够吸收一部分冲击能量,可能发生小的形变,或者在剑刃接触的地方出现裂纹。如果剑的力道足够大,或者砍在骨头比较脆弱的地方(比如关节处),这些裂纹就会迅速扩展,最终导致骨头断裂。这就好比你用锤子砸一个坚硬的陶瓷碗,陶瓷碗很硬,但也很脆,承受不住巨大的冲击力就会碎掉。

再来看看混凝土。混凝土的组成大家比较熟悉,主要是水泥、砂石和水。它的硬度也相当高,而且是脆性材料的代表。混凝土的优点在于它的抗压强度非常高,它能承受巨大的压力而不变形。但是,混凝土的抗拉强度和韧性就差了很多。它不像骨头那样有机的“粘合剂”来提供柔韧性。

当我们用剑去砍混凝土时,剑刃虽然很锋利,但它面对的是一个整体性很强的、而且非常坚硬的块状物。混凝土的韧性很低,这意味着它在受到冲击时,吸收能量的能力非常有限。剑刃的冲击力会集中在接触点,混凝土的反应不是发生形变然后开裂,而是会直接承受巨大的应力。由于混凝土的材料特性,它更倾向于在受到强烈冲击时,直接崩裂或者碎成小块,而不是沿着剑刃的方向被“切开”。

更重要的是,混凝土的密度和均匀性往往比骨头要高得多。骨头内部会有空隙、髓腔,结构上也存在一些天然的弱点或者连接处。而一块浇筑好的混凝土,除非有明显的裂缝,否则它是一个非常坚实的整体。剑刃即使再锋利,也很难在如此致密且均匀的材料上找到一个可以“深入”并开始切割的切入点。

所以,剑砍混凝土,更像是用一把小锤子去砸一块很结实的石头。剑刃很可能只是在混凝土表面留下一个浅浅的痕迹,或者是在接触点引起一些细小的碎裂,但要“砍断”一整块混凝土,那是非常困难的,甚至是不可能的。它的冲击力会被混凝土的整体坚固性所“化解”,而无法像在骨头上那样,通过集中应力、破坏其内部结构而实现断裂。

打个比方:

剑砍骨头: 就像你用斧头砍一根比较粗的树枝。树枝虽然也有一定的硬度,但它有韧性,斧头能砍出豁口,随着冲击力不断加大,最终可以将树枝砍断。
剑砍混凝土: 就像你用斧头砍一块砖头。砖头很硬,但很脆。斧头砍下去,可能只会把砖头表面磕掉一点渣,或者在表面留下一个印子,但很难将其劈开。

总结一下,虽然骨头在某些硬度指标上可能高于混凝土,但剑“砍断”一个物体依赖于对物体韧性的克服。骨头有一定程度的韧性,能够吸收剑的冲击力并发生断裂。而混凝土虽然坚硬,但其韧性极差,它更倾向于在受到冲击时整体崩裂或碎裂,而不是被沿着剑刃的方向“切开”。而且,混凝土的密度和均匀性也让剑难以找到有效的切入点。所以,我们才能看到剑能砍断骨头,却砍不动混凝土的现象。

网友意见

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原子弹还轰不破宇宙呢,清晰地建立体量思维,是三岁以前的事情。

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