¿Cómo corta un cuchillo las cosas a nivel atómico?

Para la materia orgánica, como el pan y la piel humana, el corte es un proceso sencillo porque las células, los tejidos, las proteínas, etc. se pueden descomponer con relativamente poca energía. Esto se debe a que la materia orgánica es mucho más flexible y las moléculas se unen a través de interacciones intermoleculares débiles, como los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals.

Para la materia inorgánica, sin embargo, es mucho más complicado. Se puede estudiar experimentalmente, por ejemplo, a través de nanoindentación + experimentos AFM , pero gran parte de la información que tenemos en realidad proviene de simulaciones por computadora.

Por ejemplo, aquí hay una imagen tomada de un estudio de dinámica molecular donde cortaron cobre (azul) con cuchillas de diferentes formas (rojo):

En cada caso, la hoja penetra por el lado derecho del bloque y es arrastrada hacia la izquierda. Puede ver los átomos amorfizarse en las inmediaciones debido a la alta presión y luego deformarse alrededor de la hoja. Esta es una respuesta básica a su pregunta.

Pero hay algunos mecanismos más complicados en juego. Para que un material se deforme debe ser capaz de generar dislocaciones que luego puedan propagarse a través del material. Aquí hay una escala mucho mayor ($10^7$átomos) simulación de dinámica molecular de una cuchilla que se arrastra (hacia la izquierda) a lo largo de la superficie de cobre. Las regiones azules muestran las dislocaciones:

Ese anillo azul que atraviesa el bulto a lo largo de [10-1] es un bucle de dislocación.

Si estas dislocaciones encuentran un límite de grano , se necesita más energía para moverlas, lo que hace que el material sea más duro. Por esta razón, muchos materiales (como los metales, que son blandos) se fabrican intencionalmente para que sean granulados.

También puede haber algunos mecanismos bastante exóticos involucrados. Aquí hay una imagen de un artículo reciente de Nature en el que se fuerza una nano punta en calcita (un material muy duro pero quebradizo):

Lo realmente interesante de esto es que, inicialmente, se forman gemelos de cristal (visibles en la Etapa 1) para disipar la energía, esto implica que las capas del cristal cambien su orientación para adaptarse a la tensión, antes de romperse y finalmente amorfizarse.

En resumen: ¡es complicado pero muy interesante!

Depende de lo que se corte.

Cuando se corta un metal, lo que ocurre es que, en pequeña o no tan pequeña escala, se cizalla . Eso significa que las capas se deslizan unas sobre otras. El mecanismo por el cual se deslizan unos sobre otros es que hay imperfecciones en la estructura cristalina llamadas dislocaciones , y las capas de cristal pueden moverse haciendo que las dislocaciones se muevan en la otra dirección.

Puedes visualizar esto con una cremallera en una chaqueta. Suponga que la cremallera está completamente cerrada, excepto por un pequeño bulto donde los dientes N de un lado y los dientes N+1 del otro lado no están bloqueados entre sí, y suponga que este bulto se puede mover bloqueando los dientes en un extremo mientras se separan. ellos en el otro extremo.

Si se permite que la protuberancia se desplace por toda la longitud de la cremallera, entonces los dientes que originalmente estaban bloqueados juntos ahora están bloqueados con el diente vecino. Así es como las capas de un cristal pueden deslizarse unas sobre otras, por las pequeñas protuberancias que viajan rápidamente en la otra dirección.

Una forma de hacer que un metal (o cualquier material cristalino) sea duro y, por lo tanto, resistente al corte, es colocarlo de modo que no tenga dislocaciones o que las dislocaciones que tenga estén "fijadas" para que no se puedan mover.

Un cuchillo afilado todavía tiene varias moléculas de grosor en el filo; las hojas desafiladas son aún más anchas. Entonces, cuando intente cortar material, debe desgarrarlo. Como se explica en otras respuestas, el material se fractura a lo largo de las fallas en la red o se separan las moléculas (como cuando se corta el pan).

Los únicos materiales en los que puede dividir los enlaces químicos son el caucho vulcanizado y los polímeros. En teoría, el neumático de un camión minero es una molécula.