มีดสำหรับตัดไม้เนื้อแข็งมีความคมกว่ามีดสำหรับใช้บนโต๊ะอาหารถึงสามเท่า

ไม้และโลหะจากธรรมชาติเป็นวัสดุก่อสร้างที่สำคัญของมนุษย์มานานหลายพันปีแล้ว ส่วนโพลิเมอร์สังเคราะห์ที่เราเรียกว่าพลาสติกนั้นเป็นสิ่งประดิษฐ์ใหม่ที่ได้รับความนิยมอย่างมากในศตวรรษที่ 20
ทั้งโลหะและพลาสติกต่างมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ โลหะมีความแข็งแรง ทนทาน และโดยทั่วไปแล้วทนต่ออากาศ น้ำ ความร้อน และแรงกดดันอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม โลหะยังต้องการทรัพยากรมากกว่า (ซึ่งหมายความว่ามีราคาแพงกว่า) ในการผลิตและกลั่นผลิตภัณฑ์ พลาสติกมีคุณสมบัติบางอย่างของโลหะ แต่มีมวลน้อยกว่าและมีราคาถูกมากในการผลิต คุณสมบัติของพลาสติกสามารถปรับแต่งได้สำหรับการใช้งานเกือบทุกประเภท อย่างไรก็ตาม พลาสติกเชิงพาณิชย์ราคาถูกไม่เหมาะสำหรับเป็นวัสดุโครงสร้าง เครื่องใช้ไฟฟ้าพลาสติกไม่ใช่สิ่งที่ดี และไม่มีใครอยากอาศัยอยู่ในบ้านพลาสติก นอกจากนี้ พลาสติกมักถูกกลั่นจากเชื้อเพลิงฟอสซิล
ในบางการใช้งาน ไม้ธรรมชาติสามารถแข่งขันกับโลหะและพลาสติกได้ บ้านส่วนใหญ่สร้างด้วยโครงสร้างไม้ ปัญหาคือไม้ธรรมชาติอ่อนเกินไปและเสียหายง่ายจากน้ำ จึงไม่สามารถใช้แทนพลาสติกและโลหะได้ในส่วนใหญ่ งานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Matter ได้สำรวจการสร้างวัสดุไม้ที่แข็งแรงขึ้นซึ่งสามารถเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ได้ งานวิจัยนี้ได้นำไปสู่การสร้างมีดและตะปูไม้ มีดไม้ดีแค่ไหน และคุณจะใช้มันในเร็วๆ นี้หรือไม่?
โครงสร้างเส้นใยของไม้ประกอบด้วยเซลลูโลสประมาณ 50% ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงที่ดีในทางทฤษฎี ส่วนที่เหลืออีกครึ่งหนึ่งของโครงสร้างไม้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยลิกนินและเฮมิเซลลูโลส ในขณะที่เซลลูโลสสร้างเส้นใยยาวและแข็งแรงซึ่งเป็นแกนหลักของความแข็งแรงตามธรรมชาติของไม้ เฮมิเซลลูโลสมีโครงสร้างที่เหนียวแน่นน้อย จึงไม่มีส่วนช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับไม้ ลิกนินจะเติมเต็มช่องว่างระหว่างเส้นใยเซลลูโลสและทำหน้าที่ที่เป็นประโยชน์ต่อไม้ที่มีชีวิต แต่สำหรับวัตถุประสงค์ของมนุษย์ในการอัดไม้และยึดเส้นใยเซลลูโลสให้แน่นขึ้น ลิกนินกลับกลายเป็นอุปสรรค
ในการศึกษาครั้งนี้ ไม้ธรรมชาติถูกนำมาแปรรูปเป็นไม้แข็ง (HW) ในสี่ขั้นตอน ขั้นแรก ไม้จะถูกต้มในโซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมซัลเฟตเพื่อกำจัดเฮมิเซลลูโลสและลิกนินบางส่วน หลังจากนั้น ไม้จะถูกอัดให้มีความหนาแน่นมากขึ้นโดยการกดในเครื่องอัดเป็นเวลาหลายชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งจะช่วยลดช่องว่างหรือรูพรุนตามธรรมชาติในเนื้อไม้และเสริมสร้างการยึดเกาะทางเคมีระหว่างเส้นใยเซลลูโลสที่อยู่ติดกัน ต่อมา ไม้จะถูกอัดด้วยแรงดันที่ 105°C (221°F) อีกสองสามชั่วโมงเพื่อให้ความหนาแน่นสมบูรณ์ แล้วจึงนำไปอบแห้ง สุดท้าย ไม้จะถูกแช่ในน้ำมันแร่เป็นเวลา 48 ชั่วโมงเพื่อให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปกันน้ำได้
คุณสมบัติเชิงกลอย่างหนึ่งของวัสดุโครงสร้างคือ ความแข็งแบบกด ซึ่งเป็นการวัดความสามารถในการต้านทานการเสียรูปเมื่อถูกบีบอัดด้วยแรง เพชรมีความแข็งกว่าเหล็ก แข็งกว่าทองคำ แข็งกว่าไม้ และแข็งกว่าโฟมบรรจุภัณฑ์ ในบรรดาการทดสอบทางวิศวกรรมมากมายที่ใช้ในการกำหนดความแข็ง เช่น ความแข็งโมห์ที่ใช้ในด้านอัญมณีวิทยา การทดสอบบริเนลล์ก็เป็นหนึ่งในนั้น แนวคิดของมันนั้นง่าย: ลูกปืนโลหะแข็งถูกกดลงบนพื้นผิวที่ทดสอบด้วยแรงที่กำหนด วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยบุ๋มเป็นวงกลมที่เกิดจากลูกปืน ค่าความแข็งบริเนลล์จะถูกคำนวณโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ โดยคร่าวๆ แล้ว ยิ่งรูที่ลูกปืนกระทบมีขนาดใหญ่เท่าใด วัสดุก็ยิ่งอ่อนลงเท่านั้น ในการทดสอบนี้ HW มีความแข็งกว่าไม้ธรรมชาติถึง 23 เท่า
ไม้ธรรมชาติส่วนใหญ่ที่ไม่ได้ผ่านการบำบัดจะดูดซับน้ำ ซึ่งอาจทำให้ไม้ขยายตัวและทำลายคุณสมบัติทางโครงสร้างในที่สุด ผู้เขียนใช้วิธีแช่แร่ธาตุเป็นเวลาสองวันเพื่อเพิ่มความต้านทานต่อน้ำของไม้เนื้อแข็ง ทำให้ไม้มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำมากขึ้น (“กลัวน้ำ”) การทดสอบความไม่ชอบน้ำเกี่ยวข้องกับการหยดน้ำลงบนพื้นผิว ยิ่งพื้นผิวไม่ชอบน้ำมากเท่าไหร่ หยดน้ำก็จะยิ่งมีรูปทรงกลมมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน พื้นผิวที่ชอบน้ำจะทำให้หยดน้ำกระจายตัวเป็นแผ่นแบน (และดูดซับน้ำได้ง่ายขึ้น) ดังนั้น การแช่แร่ธาตุไม่เพียงแต่เพิ่มความไม่ชอบน้ำของไม้เนื้อแข็งอย่างมีนัยสำคัญเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันไม่ให้ไม้ดูดซับความชื้นอีกด้วย
ในการทดสอบทางวิศวกรรมบางอย่าง มีด HW ทำงานได้ดีกว่ามีดโลหะเล็กน้อย ผู้เขียนอ้างว่ามีด HW คมกว่ามีดที่วางขายทั่วไปประมาณสามเท่า อย่างไรก็ตาม มีข้อควรระวังสำหรับผลลัพธ์ที่น่าสนใจนี้ นักวิจัยกำลังเปรียบเทียบมีดบนโต๊ะอาหาร หรือที่เราอาจเรียกว่ามีดทาเนย ซึ่งไม่ได้ออกแบบมาให้คมเป็นพิเศษ ผู้เขียนแสดงวิดีโอการใช้มีดของพวกเขาตัดสเต็ก แต่ผู้ใหญ่ที่มีกำลังพอสมควรอาจตัดสเต็กชิ้นเดียวกันได้ด้วยด้านที่ไม่คมของส้อมโลหะ และมีดสเต็กจะใช้งานได้ดีกว่ามาก
แล้วตะปูล่ะ? ดูเหมือนว่าตะปูไม้เนื้อแข็งตัวเดียวสามารถตอกเข้าไปในแผ่นไม้สามแผ่นซ้อนกันได้อย่างง่ายดาย แม้ว่าจะไม่ได้ลงรายละเอียดมากนัก แต่ก็ถือว่าง่ายกว่าตะปูเหล็กมาก จากนั้นก็ใช้หมุดไม้เพื่อยึดแผ่นไม้เข้าด้วยกัน ต้านทานแรงที่อาจทำให้แผ่นไม้ฉีกขาดได้ โดยมีความแข็งแรงพอๆ กับหมุดเหล็ก อย่างไรก็ตาม ในการทดสอบของพวกเขา แผ่นไม้ในทั้งสองกรณีพังก่อนที่ตะปูจะพัง ดังนั้นจึงไม่ได้แสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงของตะปู
ตะปูไม้เนื้อแข็งดีกว่าในด้านอื่นๆ หรือไม่? หมุดไม้มีน้ำหนักเบากว่า แต่โดยทั่วไปแล้วน้ำหนักของโครงสร้างไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของหมุดที่ยึดเข้าด้วยกัน หมุดไม้จะไม่เป็นสนิม อย่างไรก็ตาม มันจะไม่ทนต่อน้ำหรือย่อยสลายได้ทางชีวภาพ
ไม่ต้องสงสัยเลยว่าผู้เขียนได้พัฒนาวิธีการทำให้ไม้แข็งแรงกว่าไม้ธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ประโยชน์ของฮาร์ดแวร์สำหรับงานเฉพาะด้านใดด้านหนึ่งนั้นยังต้องการการศึกษาเพิ่มเติม มันจะมีราคาถูกและไม่ใช้ทรัพยากรมากเท่าพลาสติกได้หรือไม่? มันสามารถแข่งขันกับวัตถุโลหะที่แข็งแรงกว่า สวยงามกว่า และนำกลับมาใช้ซ้ำได้ไม่จำกัดหรือไม่? งานวิจัยของพวกเขาก่อให้เกิดคำถามที่น่าสนใจ วิศวกรรมที่กำลังดำเนินอยู่ (และท้ายที่สุดคือตลาด) จะเป็นผู้ให้คำตอบ