生活中，什么樣的紙最容易劃破手？結(jié)果讓你意想不到

在翻閱書本或者整理文件時(shí)，突然手指一陣刺痛——被一張看似無(wú)害的紙張劃出了一道小口子。這看似平常的小插曲，卻隱藏著科學(xué)疑問(wèn)：為什么薄薄的紙張常常能在無(wú)意間劃破我們的肌膚，而有時(shí)你故意為之，反而連痕跡都難以留下？

丹麥技術(shù)大學(xué)幾位物理學(xué)家驚訝地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)看似平常的現(xiàn)象竟然在科學(xué)界是個(gè)研究空白！他們決定深入探究——究竟是什么樣的紙張、以何種方式，能夠成為我們手指的隱形刺客？而答案，可能會(huì)出乎你的意料。

究竟什么樣的紙張能夠成為手指的隱形刺客？

“最鋒利的刀”

這幾位科學(xué)家找來(lái)了不同材質(zhì)、厚度的紙制品，包括紙巾、雜志、書頁(yè)、打印紙、照片和名片等（它們的厚度在30微米到220微米之間），并用它們進(jìn)行了一系列切割測(cè)試。鑒于他們都不太想貢獻(xiàn)自己的手指，實(shí)驗(yàn)中用的“手指”其實(shí)是用彈道明膠制作的模型。這是一種專門用于模擬人類和動(dòng)物肌肉組織的材料。

研究者將剪成條狀的紙片夾在特制實(shí)驗(yàn)裝置中，讓它們從“模擬的手指”表面切過(guò)，然后用攝像機(jī)記錄下整個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)之外，他們還利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了計(jì)算驗(yàn)證。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)：在相同的切割角度下，當(dāng)紙很厚時(shí)，切割時(shí)只能讓明膠凹陷下去，但不能成功切開明膠；而當(dāng)其他條件保持不變，換用薄一點(diǎn)的紙時(shí)，就能夠切開明膠了——這說(shuō)明紙?jiān)奖≡戒h利，但紙也不是越薄就越好；因?yàn)楫?dāng)他們換用更薄的紙時(shí)，紙不僅沒(méi)能切開明膠，還把自己給壓彎了。此外，他們還測(cè)試了不同切割角度下，紙切破明膠手指的難易程度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，切割時(shí)紙和明膠表面的夾角越小，越容易切開口子。

換句話說(shuō)，紙能不能切開皮膚，實(shí)際上是看在應(yīng)力增加的過(guò)程中，紙和皮膚誰(shuí)先達(dá)到承受極限——先達(dá)到皮膚的極限就可以成功切開皮膚，先達(dá)到紙的承受極限就會(huì)讓紙發(fā)生屈曲。越薄的紙?jiān)戒h利，但也更容易達(dá)到自身發(fā)生屈曲的極限。而當(dāng)一張紙能夠給皮膚的最大應(yīng)力，剛剛能夠切開皮膚，又剛剛不至于發(fā)生屈曲時(shí)，這種厚度的紙就是最容易劃傷手指的紙。

那么，什么厚度的紙才是最鋒利的紙呢？

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，厚度65微米的紙最容易造成割傷。太薄和太厚的紙割破手指的風(fēng)險(xiǎn)都比較小，因?yàn)榍罢咴谑┝r(shí)很難維持自身形狀，而后者與手指的接觸面積足夠大，它只會(huì)使手指皮膚下壓變形，而無(wú)法將其割開。幾位研究者還算出，在真實(shí)生活中，65微米厚的紙能成功切開手指的可能性為21%，換句話說(shuō)，如果你翻閱的紙厚度剛好為65微米，那么平均這種紙每劃過(guò)你的手指5次，就有1次成功劃傷手指，好危險(xiǎn)！

紙張的鋒利程度，除了與它的“身材”——也就是厚度緊密相關(guān)，還和它的“舞姿”——施力的角度有很大的關(guān)系。如果你只是垂直地把紙片邊緣壓下去，它就像個(gè)乖巧的寵物，不會(huì)給你帶來(lái)任何傷害。但是，一旦你讓紙片以接近水平的角度“翩翩起舞”，它就能像一把鋒利的餐刀一樣，輕松地切開牛排——或者你的手指?？茖W(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紙片切割方向與水平面的夾角大于25°時(shí)，無(wú)論是哪一種厚度的紙張都不會(huì)割破模擬手指。所以，下次你拿起紙張時(shí)，記得控制好你的方向，避免不必要的“刀光劍影”。

“最危險(xiǎn)的紙”

按理說(shuō)，這些信息已經(jīng)足以幫助人們減少紙張帶來(lái)的傷害，但這幾位科學(xué)家的腦洞并沒(méi)有就此關(guān)閉：那么，我們生活中什么紙是“最危險(xiǎn)的紙”呢？

其實(shí)，生活中，許多點(diǎn)陣打印機(jī)用紙的厚度就剛好是65微米，此外，很多報(bào)紙的厚度也差不多。不過(guò)常見(jiàn)的A4打印紙厚度大約為100微米，它劃傷手指的能力要稍低一些。

作為科研人員，這幾位研究人員還專門指出：兩大學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science，55微米）和《自然》（Nature，49微米）厚度都接近65微米，十分危險(xiǎn)！所以提醒廣大的科研人員，在追逐科學(xué)前沿的同時(shí)，也要當(dāng)心自己的手指，讓知識(shí)“輕輕地流淌在指尖”。

紙劃手的3種結(jié)果（圖片來(lái)源：原論文）

既然紙片能割破手指，那為什么不試著用它來(lái)發(fā)揮更大的作用呢？是不是可以用它來(lái)切東西呢？想到這些的研究人員為此專門用3D打印機(jī)制作了一種刀架，還做了一把“紙刀”。這把“紙刀”的刀身也是由3D打印制成，而刀刃則是最為鋒利的65微米厚度的打印紙。根據(jù)研究者的說(shuō)法，只要控制好切割手法，它就能超輕松地切開蘋果、黃瓜、辣椒等一系列蔬菜食材，甚至還能切得動(dòng)雞肉。

目前，相關(guān)成果已經(jīng)整理成論文，發(fā)表在了期刊《物理評(píng)論E》（Physical Review E）上，感興趣可以去讀一讀。3D打印數(shù)據(jù)也已上傳，可自行下載。任何人都可以利用研究者分享的打印文件制作這把“奇特的刀”，親自測(cè)試一下它的威力。當(dāng)然，這肯定不是一把耐用的刀子：紙片刀刃一旦浸濕就會(huì)徹底報(bào)廢，必須更換。盡管如此，請(qǐng)不要失去進(jìn)行科學(xué)小實(shí)驗(yàn)的耐心，它可能會(huì)“切”開你新的視野哦。