면도기 날이 무뎌지는 이유

몇 년 전에 사이언스 지에 올라온 연구인데,

면도를 하면 면도칼이 무뎌지는 현상에 대한 것임.


면도칼이 쓰면서 무뎌지는 것은 상식이지만 면도날의 강철은

털보다 경도가 50배는 높은데 왜 강철 쪽이 지는가?


나도 어렸을때 대단히 이상하다고 생각했고 마침내 이 논문을 보게 되었음.



재료공학이나 기계공학을 전공한 것은 아니라서 좀 대충 읽었는데 양해부탁 


전문은 사이언스 지 구독해야 볼수 있긴 한데

일단 아티클에 공개된 것 위주로 사진을 긁어오고


내용도.. 학교 도서관 구독의 힘을 빌리면 논문을 볼 수 있다... 

GIF

연구팀이 전자현미경으로 찍은 면도칼로 털 자르는 과정의 사진.


새 칼을 써서 처음 한 번 썰은 것인데도

엣지가 유의미하게 깎이는 것을 확인할 수 있다.



공개된 움짤은 못 찾았는데 털을 6번 정도 썰면 엣지가 깎이는 것을 넘어서

완전히 크랙이 나고 이 나간 톱처럼 부러진다. 


물론 사람 눈에 안 보이는 마이크로 크기임.

연구진은 이 현상을 나누어 설명하는데,


첫째 칼날의 철 재료의 비등방성(방향에 따라 균일하지 않은 성질)과 


입자 구조의 불균일함에 의해 강철이 크기에 따라 다른 물성을 보인다는 것임.



쉽게 말해 마르텐사이트 구조가 내부적으로 여러 다양한 부분이 섞여있기 때문에


(그리고 그 경계는 금속 결정의 결함면이기 때문에 약한 성질을 가짐)


우리 눈에 보이는 큰 스케일에서 매우 강도와 경도가 높아 보이는 강재라도


마이크로, 나노 수준으로 가면 개개의 특성이 다르기 때문에

그정도 스케일의 접촉에서는 국소적으로 약한 부분이 존재할 수 있다는 말 



둘째로 한번 발생된 미세한 칩과 크랙이 완전히 엣지의 이를 나가게 하는 이유


컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미세한 크랙이 생긴 칼날에 생기는 응력을 분석해본 결과



털을 자르는 과정에서 털의 각도에 따라 날의 방향이 아니라

수직(옆) 방향으로 힘이 걸리는데다


크랙 쪽의 아주 좁은 영역에서는 강철을 파괴하기에

충분한 엄청난 응력이 생긴다는 것



그리고 강재가 질기고 무른 두 가지 성질의 그레인으로 구성되어 있는데


크랙이 특정 두 그레인의 경계에서 발생할 경우 유난히 파괴에 취약하다는 것도 밝혀냄.



내용 일부를 밑에 인용하고 전문도 있으니까 

나보다 영어 잘하고 재료 잘 아는 사람은 직접 보는게 나을거임



https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.aba9490

이런걸 보면 단순히 거시적으로 강재를 파괴하거나 긁어서 측정하는 경도만 가지고


종합적인 칼날 유지력을 판단한다는게 어려운 일인게 느껴진다 



경도 뿐만이 아니라 강도, 그레인 구조와 조성이 전부 관여된 일이니까...



암튼 부족한 설명이지만  일반인들의 인식에

보탬이 되었으면 해서 올려봄




지구촌갤러리 거인공방님 펌

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