当我们尝试用并拢的手掌去压扁一块奶油时，会发现奶油往往从手掌两侧溢出，而难以被真正切开。这是因为手掌的大面积接触只是将奶油压平，而非切割。然而，若我们改变策略，将手掌摆直如手刀般，向奶油块中间切去，便会发现切出一道凹痕变得容易许多。这是因为手刀与奶油的接触面积减小，压强随之增大，从而更容易实现切割。菜刀的设计，正是基于这一压强原理，将简单的物理现象转化为厨房中的得力工具。

菜刀的刀刃，呈现出上宽下窄的楔形结构，这一巧妙的设计能够将我们施加的垂直作用力转化为剪切力，从而轻松地将食材一分为二。物体之所以不会在我们切割时四分五裂，得益于其分子间作用力。而刀刃的剪切力，正是为了克服这些作用力。刀刃的刃角，直接决定了刀的锋利程度。刀刃越薄，刃角越小，压强越大，也就越能轻松地切断食材分子间的联系。

不同的刀具，为了满足不同的使用需求，其刀刃的刃角也各不相同。以斧头为例，它专为砍伐木头而设计，因此斧身厚重，刃角较大（约30-40度）。这样的设计能够将冲击力有效地转移至斧身两侧，从而切断坚韧的木质纤维。而厨刀则截然不同，它刀身轻薄，刃角较小（约15-20度），这样的设计使得力量在切割时不易分散，能够精准地切入食材，而不会将其压烂。若你曾试图用斧头去切西红柿，定会明白这种设计差异所带来的效果差异。

在厨房的刀架上，各式各样的刀具如同神兵利器，各司其职，共同应对着厨房中的各种挑战。

主厨刀，作为厨房中的全能选手，其刀身基部较平，适合斩切食材。而刀背则从基部延伸至刀尖，呈现出平滑的曲线。这样的设计让我们能够轻松地使用“推切”技法，快速来回运刀，将食材切碎。

切片刀，则以其长而笔直的刀刃著称。它专为将烹调好的肉类切成漂亮的薄片而设计。薄型的刀身能够减少在切割大块西式烤肉时的黏刀现象，让每一片肉都切得均匀而美观。

三德刀，则可以看作是主厨刀的缩小版。它同样具备广泛的用途，但相比主厨刀，它更适合用于将小型食材切成均匀的片状。无论是切蔬菜还是水果，它都能轻松应对。

面包刀，其刀刃呈锯齿状结构，这种设计使得它在切割面包时能够像一连串小刀横接在一起，重复切下再松开。对于质地松软的面包来说，这样的设计能够避免面包被平刃刀压扁，而锯齿刀刃则能让面包在切割后迅速弹回正常形状。

水果刀，刀身短小精悍，即使没有砧板也能轻松操作。锋利的刀尖适合用来穿刺起始切口，为后续的切割工作打下基础。

斩骨刀，则如同斧头一般，能够剁开坚硬的食材。其刀身厚重，切肉时能够产生更大的动能。而刃角较大，使得在切割过程中不易磨钝，保持持久的锋利度。

值得一提的是，剪刀在使用过程中也会越用越锋利。这是因为剪刀的刀身由硬质合金和韧性钢材叠成，或在钢材中含有软硬相间的晶体结构。在剪刀来回剪裁时，硬质合金会因相互摩擦而变得更加锋利。而韧性钢材磨损速度更快，使得刀刃上始终保持微小的锯齿结构，从而保持锋利度。

剪刀的刀身上那软硬交替的层状结构，正是其锋利度的源泉。同样地，刀子也能将我们手臂的力量集中在薄薄的刀刃上，就像楔形工具集中力量一样。刀刃越锋利，与物体的接触面积就越小。根据压强公式（P=F/A），施力相同时，接触面积越小，压强就越大，因此也就越容易切断物体。

然而，锋利的刀刃也更容易在切割过程中磨损。因此，我们需要时常研磨，以保持刀刃的锋利度。你知道吗？用黑曜石制成的刀，其锋利度竟然比外科手术刀还要高出200倍，而且刀刃仅有三纳米宽。这足以说明刀刃锋利度的重要性。

其实，利刃在某种程度上比钝刀更安全。因为利刃在使用时不会轻易打滑，从而减少了切到自己的风险。而钝刀则可能因为需要更大的力量去切割，而增加了滑刀的可能性。

在刀具的材质选择上，高碳不锈钢刀因其高硬度（HRC58-62）和良好的韧性，而具有远超一般铁的综合性能。

马氏体不锈钢刀则因为添加了12%～18%铬元素而具有防锈性能，但硬度相对较低，更容易变钝。

氧化锆陶瓷刀则以其超高硬度（HRC85-90）著称，使用后完全无需磨砺，但缺点是脆性大易碎。

金刚石刀，其锐利度更是超越了所有金属，被科学家用于切割电子显微镜下的观察样本。

总的来说，刀具的设计与材质选择都是为了更好地满足我们在厨房中的各种需求。无论是切割、剁砍还是剪裁，都有相应的刀具能够轻松应对。而了解这些刀具的原理与特点，也能让我们在使用时更加得心应手，享受烹饪带来的乐趣。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员

来源: 科普中国创作培育计划

内容资源由项目单位提供