比鄰星

110歲的奧利奧

說起好吃的夾心餅干，奧利奧一定是個避不開的經(jīng)典選項。從基礎(chǔ)款奶油夾心，到混雜于甜品和圣代中的獨特調(diào)味碎屑，不同顏色口味、印有不同花紋的奧利奧相繼問世，最終都會走向同樣的三部曲命運：扭一扭，舔一舔，泡一泡。

方法都聽過，但你有沒有想過，怎樣才能算是完美的扭一扭？按照下列命名規(guī)則，我們在扭一扭之后可以得到一個“奧+1/2利”嗎？聽起來好像沒有那么難，你不妨親自一試。

奧利奧流變學(xué)，簡稱奧利奧學(xué)

來自美國麻省理工學(xué)院的一群物理學(xué)博士生，用一套嚴謹?shù)牧髯儗W(xué)實驗手段研究了奧利奧，研究成果發(fā)表于流體力學(xué)的權(quán)威期刊《Physics of Fluids》。他們統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù)后得出了一個冷酷的結(jié)論：你永遠無法均勻掰開奧利奧。

所謂“流變學(xué)”，指的是流體的流動與變形。具體到奧利奧餅干，中間的夾心層即可以視作一種非牛頓流體。其實日常生活中的液體物質(zhì)大多是非牛頓流體，比如番茄醬、蛋黃醬、牙膏、果凍、血液等等。

非牛頓流體指的是不服從牛頓黏性定律的流體，即剪切力與形變速率呈非線性關(guān)系。從性質(zhì)來看，非牛頓流體常展現(xiàn)出“這也可以，那也可以”的反復(fù)橫跳性質(zhì)。比如不受外力時如液體般絲滑，受到外界壓力時又可能變得堅硬，或者黏稠。

一種好吃的非牛頓流體

貓是非牛頓流體

如果仍然難以理解，不妨想想貓咪。2017年，關(guān)于“貓是非牛頓流體”的研究榮獲當(dāng)年度搞笑諾貝爾獎。研究指出，貓的身體能做出各種造型，證明它是一種固體。

同時貓還能嚴絲合縫地“流”入任何形狀的容器，證明它是一種液體。綜上，貓是一種介于固體和液體之間的非牛頓流體。

關(guān)于貓的一百種造型

用流變儀研究奧利奧

而這次科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，除了貓，奧利奧也會流變。當(dāng)你扭動兩片“奧”的時候，中間的夾心“利”會受到剪切力，發(fā)生流變。扭動的最終結(jié)果是“利”破裂。

研究者先用手工扭動的方式處理了一小包奧利奧。發(fā)現(xiàn)沒有一塊奧利奧夾心能被平均分開。有時還會出現(xiàn)餅干破碎等意外。

這么干太費手了，得到的數(shù)據(jù)也不科學(xué)。于是，他們把奧利奧夾在了實驗室的流變儀上。流變儀由兩個上下平行的同軸圓盤組成，下方圓片固定，上方的圓片則以恒定速率轉(zhuǎn)動。將下層“奧”固定于下方圓盤，上層“奧”隨著上方圓片轉(zhuǎn)動，就可以用機器扭開奧利奧，同時還能記錄下每次扭開所需的破壞應(yīng)力。

扭開一包奧利奧

不再需要手工操作，實驗變得順暢和標(biāo)準化起來。除了有點費餅干，沒什么毛病。

用這樣的方式，研究者輕松扭開了一整包家庭裝奧利奧，雖然還是沒有一片奧利奧被均分，但數(shù)據(jù)結(jié)果有規(guī)律可循：靠近包裝袋左側(cè)的奧利奧，扭開后奶油更容易粘在右邊的餅干上，靠近包裝袋右側(cè)的奧利奧則恰好相反。這意味著，奧利奧在包裝袋中的位置會影響夾心和餅干的黏度，這可能與每塊餅干所受的壓力和溫度條件有關(guān)。

那如果我們換一種口味的餅干，或者使用雙層夾心的“奧利利奧”，結(jié)果會有不同嗎？數(shù)據(jù)顯示，無論是奶油、芝士還是巧克力，不同的夾心口味并不會影響破壞應(yīng)力的大小。讓夾心層增厚同樣影響甚微。

唯一對破壞應(yīng)力產(chǎn)生作用的是扭動時的快慢：小心翼翼扭動時，剪切力作用較小;如果扭動的角速度變大，所產(chǎn)生的剪切力也更大，這會對餅干帶來更大的破壞。可能當(dāng)餅干分離時，兩邊的“奧”已經(jīng)碎了……

奧利奧完美分離計劃失敗，研究者推測這可能是由奧利奧的制作方式?jīng)Q定的。在流水線上，夾心先被涂抹到一塊餅干，之后再在夾心上方蓋上另一塊餅干。短暫的時間差增加了夾心與第一塊餅干的黏合度。不過，他們開始動起了其他腦筋。畢竟實驗室流變儀太專業(yè)了，普通吃貨難以擁有。為了方便更多奧利奧愛好者扭開奧利奧，他們自制了一臺綠色環(huán)保、3D打印、不插電版——

儀器中心是橡膠材質(zhì)的卡口，剛好可以把奧利奧卡在上面?？谂允怯矌挪?，只需在其中一側(cè)放入適當(dāng)重量的硬幣，該側(cè)的卡板便會隨著硬幣下墜的過程而扭動，輕松扭開奧利奧餅干。

整包奧利奧扭開后的結(jié)果可視化統(tǒng)計

廚房里的流體

擁有科學(xué)熱情的研究者們還真是什么無聊的研究都做?。∧銊e說，這個研究的確是他們在居家隔離期間閑得沒事完成的。

閑上加閑的是，此篇文章刊登于《Physics of Fluids》一期特刊，主題為Kitchen Flows（廚房里的流體）。期刊編輯部號召廣大流體力學(xué)研究者在無法前往實驗室的日子里就地取材，尋找生活中的流體材料，展開力所能及的科學(xué)研究。

本期特刊共刊登26篇文章，選題除了扭開奧利奧，還涉及——

·烹飪意大利面的軟度研究

·素香腸和臘肉香腸的機械力與摩擦力差異

·咖啡萃取工藝的流體動力模型

·溫度變化與巧克力的流變行為

·如何快速分離法式油醋汁

·茶膜是如何形成的

……

聽起來好好吃哦！受此啟發(fā)，正在居家辦公的小編也活學(xué)活用，用唾手可得的流變材料——奧利奧與貓，進行了一些無對照組無重復(fù)科學(xué)研究。

案例一：關(guān)于貓更喜歡奶油少的那片奧利奧的現(xiàn)象探究（特別提示，巧克力對貓咪有毒，不要讓它們真的咬下奧利奧的奧?。?/p>

案例二：關(guān)于冷凍后的奧利奧難以扭開的實踐報告

案例三：關(guān)于貓咪合適社交距離的摸索

這些研究除了有點費貓，沒別的毛病……

（本文經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自“把科學(xué)帶回家”公眾號，有刪節(jié)）D75A5F2A-68C5-46E4-9A46-B8D17F020BDE