¿Qué ocurre a nivel atómico cuando algo, como un cuchillo, es afilado?

Bueno, tal vez no a nivel atómico, pero a nivel nano, con un pequeño número de átomos, podemos hacer algunas declaraciones.

Una cuchilla afilada es, por supuesto, en esencia un plano inclinado, una máquina de una geometría particular. Cuanto más fino sea el ángulo incluido del plano inclinado, más afilada será la cuchilla. La pregunta es, ¿cómo lograr y mantener una ventaja tan fina?

Desde un punto de vista práctico, hay dos tipos generales de nitidez. La primera podría llamarse afiladísima, donde la cuchilla ha sido moldeada por un proceso de rectificado contra una serie de ‘piedras’ abrasivas cada vez más finas para que se adapte estrechamente a alguna geometría particular, en este punto el borde se sujeta a una geometría dentro de unas pocas o algunas decenas de micrómetros pero con una rugosidad superficial significativa. En este punto, el borde se pule o se pela , para eliminar cualquier material extraño hasta el nivel microscópico que pueda sobresalir por encima de la superficie ideal de la geometría de la cuchilla. Tal vez haya visto este proceso demostrado cuando un peluquero tira su navaja de afeitar de un lado a otro contra una correa de cuero recubierta de colorete [nano partículas finas de óxido de hierro]. Este proceso produce un borde bastante duradero y exquisitamente afilado con muy pocas irregularidades en la superficie que sobresalen por encima de la geometría media del borde de la cuchilla.

Las cuchillas se afilan más a menudo con una piedra sin raspar ni pulir. Al igual que las cuchillas afiladas, están sujetas a una serie de operaciones de rectificado estrechamente controladas contra una superficie abrasiva rígida de una finura sucesivamente mayor. Este proceso de rectificado se levanta desde el borde de la cuchilla, por fricción, una estructura muy fina y súper afilada del metal de la cuchilla generalmente llamada “el alambre”. Esta estructura está en escala nano, puede ser exquisitamente afilada, pero es bastante frágil ya que sobresale por encima de la superficie media de la geometría de la cuchilla y se rompe fácilmente con el uso. Por lo tanto, se requiere un afilado frecuente para mantener el cable.

El pelado elimina el cable del borde de la cuchilla.

Ambos métodos de afilado de cuchillas funcionan bien para los usos previstos. Las cuchillas de afeitar son generalmente las que no se les da un uso duro y simplemente volver a cortarlas es suficiente para restaurar la cuchilla a la nitidez necesaria, como con un barbero tradicional que corta su cuchilla entre cada cliente. El afilado más convencional supone la falta de la técnica para pulir el borde para quitar el alambre o el uso lo suficientemente pesado como para que el borde pulido microscópicamente de una maquinilla de afeitar no sobreviviera por mucho tiempo.

No mucho a nivel atómico, porque ningún cuchillo puede ser más afilado que el santo grial de un filo de solo 1 molécula de espesor. Incluso un material elementalmente puro no se puede afilar más en ningún sentido práctico.
Aunque, en teoría, podría lograr un borde de solo 1 átomo de espesor, no sería estable e incluso una simple reacción de oxidación devolvería nuestro borde teórico a un espesor molecular.
En ese nivel de “filo”, el filo de un cuchillo tiene la mayor probabilidad de pasar entre las moléculas del material que se está cortando. Esto rompe los enlaces intermoleculares sin causar una interrupción significativa y, por lo tanto, también encuentra menos resistencia al corte inicial.
Cuando el resto de la cuchilla ingresa a ese canal inicial, debe abrir los bordes del corte. La resistencia aumenta dramáticamente y la dureza del material se convierte en el factor limitante en el intento de cortarlo.
En el caso de las cuchillas quirúrgicas, dicho borde deja una abertura que todavía tiene un “recuerdo” de estar unido. Cuando esos bordes se vuelven a unir, los enlaces moleculares y biológicos son mucho más fáciles de restablecer, por lo que la incisión se cura mucho más rápido y se necesita menos tejido nuevo (cicatriz) para rellenar.

A nivel atómico, un cuchillo afilado clásico es solo un borde sin filo, el borde solo alcanza el nivel cristalino nanométrico, vea acero de Damasco. Por una buena razón, durabilidad! incluso un cuchillo de obsidiana prehistórico es mucho mejor

Obsidiana izquierda, punta de acero derecha!

A nivel de laboratorio, puede obtener un cuchillo de diamante (realmente caro), con un radio de borde de 2 nm (¡1 nm equivale a 10 ^ -9 metros, o 3.9 ^ -5 milésimas de pulgada!), Algo así como 12 átomos de carbono. Para cortar tocino a una rodaja de 25 nm … Diamante cuchillo Nueva página 3

Incluso entonces no estás cortando a nivel atómico.

No se moleste con un nivel de átomo, perderá el borde en el primer corte y no podrá afilar nuevamente.

No pasa casi nada a nivel atómico cuando algo como un cuchillo es afilado. Incluso a nivel molecular, los efectos tienen más que ver con la fricción que rompe mecánicamente los enlaces moleculares que con las reacciones químicas. Si empuja o tira de un material lo suficientemente fuerte, los enlaces intermoleculares se estiran lo suficiente como para que fallen. Un borde afilado le permite concentrar mucha fuerza en un área muy pequeña. Eso significa que puede empujar y distorsionar el material debajo del filo de un cuchillo con bastante facilidad.