กระจ่าง ทำไมมีดโกนที่โกนแค่หนวดใช้ไปถึงหมดความคม

       เคยสงสัยกันไหมครับ ใบมีดโกนที่แสนจะคมกริบตวัดเบา ๆ เลือดอาบซิบ ๆ โดยเจ้าใบมีดโกนเหล่านี้ทำมาจากสเตนเลสที่นำมาชุบแข็งจนคมมีดมีความแข็งเกือบเท่าเพชรแต่เอามาโกนหนวด โกนขน โกนผม ไม่เท่าไหร่ ก็ทื่อซะแล้ว ยิ่งโกนยิ่งสากซะงั้นเป็นไปได้ไงกับเส้นขนนิ่ม ๆ จะทำให้ใบมีดเหล็กกล้าเหล่านี้ทื่อลงได้

วันนี้kaijeaw.in.thขอนำเสนอ จากทีมนักวิจัย MIT ได้ทำการศึกษากลไกที่ทำให้เกิดความเสียหายบนใบมีดโกนโดยเส้นขนนุ่มนิ่มเหล่านี้

กว่าจะไขปริศนานี้ได้ต้องใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่องกันเลยทีเดียว

ภาพขยายแบบสุด ๆ ไปเลยแสดงให้เห็นถึงเส้นขนที่ไม่ได้ขาดทันที ซ้ำยังออกแรงต้านคมมีดเสียด้วย

โดยปกติแล้วใบมีดโกนใหม่นั้นจะมีค่าความแข็งเฉลี่ยสูงกว่าเส้นผมประมาณ 50 เท่า (วัตถุที่มีความแข็งสูงกว่าก็จะขีดวัตถุที่นิ่มกว่าให้เป็นรอยได้)

การศึกษาในขั้นแรกของทีมวิจัยนั้นอาศัยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดหรือ scanning electron microscope (SEM) เพื่อตามดูผลการสึกของใบมีดหลังผ่านการใช้งานด้วยการโกนขนบนใบหน้าของทีมวิจัยเอง ซึ่งผลที่ได้กลับสร้างความประหลาดใจให้กับทีมงาน เพราะขอบใบมีดพบการสึกหรือทื่อลงน้อยมาก แต่กลับพบรอยบิ่นในบริเวณเฉพาะเหมือน ๆ กัน

ดังนั้นทีมวิจัยจึงได้ทำเครื่องมือสำหรับคุมการตัดเส้นผมใหม่โดยด้านหนึ่งจะยึดใบมีดไว้กับกลไกขยับใบมีดที่จะวิ่งเข้าตัดเส้นผม โดยชุดเครื่องมือดังกล่าวออกแบบเป็นพิเศษให้สามารถนำไปติดตั้งในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเพื่อถ่ายภาพระหว่างการทดลอง การทดสอบได้ใช้เส้นผมทีมงานและเจ้าหน้าที่ห้องแลปเพื่อให้เกิดความหลากหลายของตัวอย่างเส้นผมที่ใช้ในการศึกษา

ผลการสังเกตพบว่าจังหวะใบมีดพุ่งเขาตัดตั้งฉากกับเส้นผมนั้น ตัวใบมีดนั้นแทบไม่มีรอยบิ่นเกิดขึ้นเลย แต่เมื่อเส้นผมเริ่มบิดตัวช่วงใกล้ขาดก็จะเริ่มเกิดรอยบิ่นขึ้นที่ใบมีด

และจังหวะที่เส้นผมกำลังจะถูกตัดขาดนั้นกลับเป็นจังหวะที่เกิดการบิ่นขึ้นมากที่สุด หลังจากนั้นทีมวิจัยได้สร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์เพื่อจำลองผลที่เกิดขึ้นจากการตัดในรูปแบบต่าง ๆ กัน ทั้งความต่างของมุมที่ใบมีดตัดเส้นผม การใช้ใบมีดที่มีโครงสร้างและส่วนประกอบของเนื้อโลหะเป็นเนื้อเดียวกัน หรือเป็นแบบเป็นเนื้อผสม

ผลจากแบบจำลองพบว่ามี 3 เงื่อนไขที่จะทำให้ใบมีดบิ่นได้คือ

1. ใบมีดตัดทำมุมกับเส้นขน หรือไม่ได้ตัดตั้งฉากพอดี (เหตุผลเช่นเดียวกับที่เราหั่นผักลงตรง ๆ ตั้งฉากกับผักที่เราหั่นจะช่วยให้มีดทื่อช้าลง)

2. ใบมีดที่มีโครงสร้างเป็นโลหะเนื้อผสมและ

3. ใบมีที่มีโครงสร้างเป็นโลหะเนื้อผสมเจอกับจังหวะที่ขอบของเส้นผมกำลังจะขาด

ซึ่ง 3 เงื่อนไขนี้คือสิ่งที่เรียกว่า stress intensification หรือการขยายแรงเค้นในเนื้อวัสดุ ที่จะทำให้เกิดความเสียหายในระดับโครงสร้างขนาดจิ๋วขึ้นในเนื้อวัสดุ ซึ่งจะเป็นจุดอ่อนที่ให้เกิดความเสียหายลามจนเป็นรอยบิ่นที่ใหญ่ขึ้น

กระบวนการนี้แหละที่เป็นสาเหตุว่าทำไมเส้นผมสุดนิ่มทำให้ใบมีดสุดแกร่งเกิดการบิ่นได้

       ซึ่งความเข้าใจในกลไกที่เส้นผมทำให้ใบมีดโกนบิ่นได้นี้ สามารถนำมาประยุกต์การผลิตใบมีดให้มีความคมคงทนมากขึ้นด้วยการทำใบมีดที่มีโครงสร้างเป็นเนื้อเดียวกันมากที่สุดเพื่อลดโอกาสการเกิดความเสียหายในระดับโครงสร้างขนาดจิ๋วนั่นเอง

เรียบเรียงโดย : kaijeaw.in.th ขอขอบคุณที่มา : Gianluca Roscioli / MIT