Лезвие — это острая, режущая часть инструмента , оружия или машины , специально предназначенная для прокалывания, рубки, разрезания или скобления поверхностей или материалов. Лезвия обычно изготавливаются из материалов, которые твёрже, чем те, для резки которых они предназначены. Это включает в себя ранние образцы, сделанные из чешуйчатых камней, таких как кремень или обсидиан , эволюционировавшие на протяжении веков в металлические формы, такие как медь , бронза и железо , и достигшие кульминации в современных версиях, сделанных из стали или керамики . Являясь одним из древнейших инструментов человечества, лезвия продолжают иметь широкое применение, в том числе в бою, приготовлении пищи и различных других повседневных и специализированных задачах.
Лезвия функционируют, концентрируя силу на режущей кромке. Конструктивные вариации, такие как зазубренные края, которые можно найти на хлебных ножах и пилах , служат для усиления концентрации этой силы, адаптируя лезвия для определенных функций и материалов. Таким образом, лезвия занимают важное место как в истории, так и в современном обществе, отражая эволюцию в технологии материалов и полезности.
Во время приготовления пищи ножи в основном используются для нарезки, измельчения и прокалывания. [1]
В бою лезвие может быть использовано для рубки или прокалывания, а также может быть брошено или иным образом приведено в движение . [2] [3] Функция заключается в разрыве нерва, мышечных или сухожильных волокон или кровеносного сосуда, чтобы вывести из строя или убить противника. Разрыв крупного кровеносного сосуда обычно приводит к смерти из-за обескровливания .
Лезвия могут использоваться для соскабливания, перемещая лезвие вбок по поверхности, как в ластике для чернил , а не вдоль или сквозь поверхность. Для строительного оборудования, такого как грейдер , наземное орудие также называют лезвием, как правило, со сменной режущей кромкой.
Простое лезвие, предназначенное для резки, имеет две грани, которые сходятся на кромке. В идеале эта кромка не должна иметь округлости, но на практике все кромки можно увидеть скругленными в некоторой степени при увеличении либо оптически, либо с помощью электронного микроскопа. Сила прикладывается к лезвию либо со стороны рукоятки, либо путем нажатия на заднюю часть лезвия. Рукоятка или задняя часть лезвия имеет большую площадь по сравнению с тонким краем. Эта концентрация приложенной силы на небольшой площади края увеличивает давление, оказываемое краем. Именно это высокое давление позволяет лезвию резать материал, разрывая связи между молекулами, кристаллами, волокнами и т. д. в материале. Это требует, чтобы лезвие было достаточно прочным, чтобы противостоять разрыву до того, как другой материал поддастся.
Угол, под которым грани сходятся, важен, так как больший угол сделает лезвие более тупым, а кромку — более прочной. Более прочная кромка менее склонна к затуплению от трещины или к тому, что кромка потеряет форму.
Форма лезвия также важна. Более толстое лезвие будет тяжелее, прочнее и жестче, чем более тонкое лезвие аналогичной конструкции, а также будет испытывать большее сопротивление при нарезке или прокалывании. Филейный нож будет достаточно тонким, чтобы быть очень гибким, в то время как разделочный нож будет толще и жестче; кинжал будет тонким, чтобы он мог прокалывать, в то время как походный нож будет толще, чтобы он мог быть прочнее и долговечнее. Сильно изогнутое лезвие, как у тальвара , позволит пользователю направлять лезвие против противника, даже находясь близко к противнику, в то время как прямой меч было бы сложнее вытащить таким же образом. Изогнутое лезвие топора означает, что только небольшая часть лезвия изначально ударит по дереву, концентрируя силу, как это делает более тонкое лезвие, тогда как прямое лезвие потенциально может приземлиться всей длиной своего лезвия на плоскую часть дерева. Колющий молот имеет выпуклую часть, чтобы не застревать в дереве, где рубящие топоры могут быть плоскими или даже вогнутыми. Хопеш , фальшион или кукри наклонены и/или утяжелены на дистальном конце, так что сила концентрируется на более быстро движущейся, более тяжелой части клинка, максимизируя режущую силу и делая его в значительной степени непригодным для колющих ударов, тогда как рапира тонкая и сужающаяся, что позволяет ей пронзать и перемещаться с большей ловкостью, при этом уменьшая ее рубящую силу по сравнению с мечом аналогичного размера.
Зубчатая кромка, например, на пиле или хлебном ноже , концентрирует силу на кончиках зубцов, что увеличивает давление, а также позволяет мягкому или волокнистому материалу (например, дереву, веревке, хлебу и овощам) расширяться в промежутки между зубцами. В то время как нажатие любого ножа, даже хлебного ножа, на буханку хлеба просто раздавит буханку, поскольку хлеб имеет низкий модуль упругости (мягкий), но высокую деформацию текучести (свободно может растягиваться или раздавливаться на большую часть без поломки), нанесение зубцов поперек буханки с небольшим направленным вниз усилием позволит каждому зубцу одновременно резать хлеб с гораздо меньшей деформацией буханки. Аналогично, нажатие на веревку имеет тенденцию раздавливать веревку, в то время как нанесение зубцов поперек нее разрезает волокна веревки. Нанесение гладкого лезвия менее эффективно, поскольку лезвие параллельно направлению натяжения, но зубцы зубчатого лезвия находятся под углом к волокнам. Зубцы на ножах часто симметричны, что позволяет лезвию резать как при прямом, так и при обратном ходе реза, заметным исключением являются зубцы Veff , которые предназначены для максимизации режущей мощности при перемещении лезвия от пользователя. Зубцы пильных полотен, как для дерева, так и для металла, обычно асимметричны, так что они режут при движении только в одном направлении. (Пилы действуют, истирая материал в пыль вдоль узкого канала, пропила , тогда как ножи и подобное действуют, раздвигая материал. Это означает, что пилы приводят к потере материала, а зубцы пилы также служат для выноса металлической стружки и опилок из канала реза.)
Доллы — это продольные каналы, которые либо выкованы в лезвии, либо позже выточены/выфрезерованы из лезвия, хотя последний процесс менее желателен. Эта потеря материала обязательно ослабляет лезвие, но позволяет сделать его легче, не жертвуя жесткостью. Тот же принцип применяется при изготовлении балок, таких как двутавровые балки . Доллы имеют значительную полезность только в мечах. В большинстве ножей дол удаляет так мало материала, что это мало влияет на вес лезвия, и они в основном носят косметический характер.
Обычно лезвия изготавливаются из материала, который примерно такой же твердый , хотя обычно тверже, чем материал, который нужно разрезать. Недостаточно твердые лезвия не смогут разрезать материал или быстро изнашиваются, поскольку твердость связана со способностью материала противостоять истиранию . Однако лезвия также должны быть достаточно прочными , чтобы выдерживать динамическую нагрузку удара, и, как правило, чем тверже лезвие, тем менее прочный (более хрупкий) материал. Например, стальной топор намного тверже древесины, которую он должен резать, и достаточно прочный, чтобы выдерживать удар, возникающий при ударе по дереву, в то время как керамический кухонный нож, тверже стали, очень хрупкий (имеет низкую прочность) и может легко разбиться, если его уронить на пол или повернуть внутри пищи, которую он режет, или небрежно хранить под другими кухонными принадлежностями. Это создает напряжение между предполагаемым использованием лезвия, материалом, из которого оно будет изготовлено, и любыми производственными процессами (такими как термообработка в случае стальных лезвий, которая повлияет на твердость и прочность лезвия). Необходимо найти баланс между остротой и тем, насколько хорошо оно может прослужить. Методы, которые могут обойти это, включают дифференциальную закалку . Этот метод дает кромку, которая может сохранять свою остроту, а также прочное тело. [4]
Доисторически, а в менее технологически развитых культурах даже в наше время, лезвия инструментов и оружия изготавливались из дерева, кости и камня. [5] Большинство пород дерева исключительно плохо удерживают кромки, а кость и камень страдают от хрупкости, из-за чего они ломаются при ударе или нанесении удара. В наше время камень, в виде обсидиана, используется в некоторых медицинских скальпелях, поскольку он способен формироваться в чрезвычайно тонкую кромку. Керамические ножи неметаллические и немагнитные. Поскольку неметаллы не подвержены коррозии, они остаются свободными от ржавчины и коррозии, но страдают от тех же недостатков, что и камень и кость, будучи довольно хрупкими и почти полностью негибкими. Они тверже металлических ножей и поэтому их сложнее затачивать, а некоторые керамические ножи могут быть такими же твердыми или тверже некоторых точильных камней. Например, синтетический сапфир тверже натуральных точильных камней и такой же твердый, как точильные камни из оксида алюминия. Диоксид циркония также тверже точильных камней из граната и почти такой же твердый, как оксид алюминия. Для заточки обоих видов ножей требуются алмазные камни или камни из карбида кремния, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить лезвие. Поэтому керамические ножи редко используются вне кухни, и они все еще довольно редки. Пластиковые ножи трудно заточить, и они плохо сохраняют заточку. Они в основном используются как недорогие одноразовые столовые приборы или как детские столовые приборы или в таких условиях, как авиаперелеты, где металлические лезвия запрещены. Они часто имеют зазубрины, чтобы компенсировать их общую недостаточную остроту, но, как свидетельствует тот факт, что ими можно резать пищу, они все еще способны нанести травму. Пластиковые лезвия, конструкции которых отличаются от одноразовых столовых приборов, запрещены или ограничены в некоторых юрисдикциях, поскольку они не обнаруживаются металлоискателями.
Самородная медь использовалась для изготовления лезвий древними цивилизациями из-за ее доступности. Сравнительная мягкость меди приводит к тому, что она легко деформируется; она плохо держит заточку и плохо подходит для обработки камня. Бронза превосходит ее в этом отношении и была взята на вооружение более поздними цивилизациями. И бронзу, и медь можно закалить, ударяя по металлу молотком. С развитием технологий в плавке железо стало использоваться для изготовления лезвий. Сталь , ряд сплавов, изготовленных из железа, стала металлом по выбору в современную эпоху.
Могут быть изготовлены различные сплавы стали, которые предлагают широкий спектр физических и химических свойств, желательных для лезвий. Например, хирургические скальпели часто изготавливаются из нержавеющей стали, чтобы они оставались свободными от ржавчины и в значительной степени химически инертными; инструментальные стали твердые и ударопрочные (и часто дорогие, поскольку сохранение прочности и твердости требует дорогих легирующих материалов, и, будучи твердыми, их трудно придать готовой форме), а некоторые из них разработаны так, чтобы противостоять изменениям их физических свойств при высоких температурах. Стали могут быть дополнительно подвергнуты термической обработке для оптимизации их прочности, что важно для ударных лезвий, или их твердости, что позволяет им хорошо сохранять режущую кромку при использовании (хотя более твердые металлы требуют больших усилий для заточки).
Можно комбинировать различные материалы или различные виды термической обработки, чтобы получить желаемые качества клинка. Например, лучшие японские мечи обычно изготавливались из семи секций металла, а мечи даже более низкого качества часто изготавливались из двух. К ним относятся мягкое железо, которое может поглощать энергию удара без разрушения, но которое будет гнуться и плохо сохранять заточку, и твердые стали, которые более склонны к разрушению при ударе, но которые хорошо сохраняют заточку. Такое сочетание давало меч, который будет противостоять удару, оставаясь острым, даже если заточка может расколоться при неправильном обращении. Узорчатая сварка включала в себя ковку вместе скрученных прутков мягкого (гибкого) низкоуглеродистого и твердого (хрупкого) высокоуглеродистого железа. [6] Это было сделано, потому что печи того времени, как правило, могли производить только один сорт или другой, и ни один из них не подходил для более чем очень ограниченного использования клинка. Способность современных сталеваров производить очень высококачественные стали различных составов в значительной степени отнесла эту технику либо к историческим реконструкциям, либо к художественным произведениям. Лезвия для кислотного травления и полировки, изготовленные из различных марок стали, можно использовать для создания декоративных или художественных эффектов.
Японские мастера-мечники разработали технику дифференцированной закалки, покрывая клинки мечей слоем глины разной толщины перед закалкой . Более тонкая глина позволяла нагретому металлу быстрее остывать, особенно вдоль кромки. Более быстрое охлаждение приводило к более тонкой кристаллической структуре, что приводило к получению клинка с твердым краем, но более гибким телом. Европейские мастера-мечники добивались похожих результатов, используя дифференцированную закалку .
Лезвия тупятся от использования и злоупотребления. Это особенно касается острых лезвий и лезвий из мягких материалов. Затупление обычно происходит из-за контакта лезвия с твердым веществом, таким как керамика, камень, кость, стекло или металл.
Чем острее лезвие, тем легче оно затупится. Поскольку лезвие у кромки тоньше, то мало материала нужно удалить, прежде чем кромка сотрется до более толстой части. Тонкие кромки также могут загибаться, когда к ним прикладывается сила, образуя секцию, похожую на нижнюю часть буквы «J». По этой причине бритвы с прямым лезвием часто правят, чтобы выпрямить кромку.
Проведение лезвия по любому материалу имеет тенденцию истирать как лезвие, обычно делая его более тупым, так и разрезаемый материал. Хотя стальные края мягче стекла или многих видов камня, используемых на кухне, они все равно могут поцарапать эти поверхности. Образующаяся царапина полна очень мелких частиц измельченного стекла или камня, которые очень быстро истирают кромку лезвия и делают ее тупой.
Во времена, когда мечи регулярно использовались в войне, их требовалось часто затачивать из-за притупления от контакта с жесткой броней, кольчугой, щитами с металлической окантовкой или другими мечами, [4] например. В частности, удар о край другого меча случайно или в чрезвычайной ситуации мог отколоть металл и даже вызвать трещины на лезвии. [7] Лезвия с мягкой сердцевиной более устойчивы к трещинам при ударе.
Складные карманные ножи часто имеют канавку, прорезанную сбоку лезвия около обуха. Это называется гвоздеотводом и позволяет вставить ноготь, чтобы вынуть лезвие из держателя. [8]
Ниже перечислены некоторые из наиболее распространенных форм.
Острые края меча могут быть как изогнутыми, так и прямыми. Изогнутые лезвия, как правило, легче скользят по мягким материалам, что делает это оружие более идеальным для рубки. Техники для такого оружия включают в себя проведение лезвия по телу противника и спине. Для оружия с прямым лезвием многие зарегистрированные техники включают в себя рубящие удары, которые направляют силу в точку, ударяя прямо в тело цели, что делается для того, чтобы разделить плоть и кости, а не разрезать их. При этом также существует множество исторических техник рубки для оружия с прямым лезвием. Рубящие удары могут сопровождаться действием вытягивания, чтобы максимизировать эффективность удара. Для получения дополнительной информации см. Западные боевые искусства или кендзюцу .
Некоторые виды оружия сделаны только с одним передним краем, например, сабля или дюсак . Дюсак имеет «ложное лезвие» около кончика, которое простирается только вниз по части задней стороны клинка. Другие виды оружия имеют полностью тупое лезвие, за исключением заостренного кончика, например, шпага или рапира , которые предпочитают уколы рубящим ударам. Клинок не может выполнить надлежащий рубящий удар без лезвия, и поэтому в соревновательном фехтовании такие атаки не приносят очков.
Некоторые варианты включают в себя:
Иногда на лезвиях делают маркировку или надпись, в декоративных целях, или клеймо изготовителя или владельца. Украшения на лезвиях часто реализуются в виде инкрустации из какого-либо драгоценного металла (золота или серебра). [16]
Ранние надписи на клинках известны с бронзового века ; на хеттском мече, найденном в Хаттусе, имеется высеченная на бронзе надпись, гласящая, что клинок был помещен в качестве подношения богу бури царем Тутхалией . [17]
Надписи на клинках становятся особенно популярными в рыцарских мечах XII века , основываясь на более ранней, IX-XI веках, традиции так называемых мечей Ульфберта . [18]