計算一只雞的表面積

雷炳新

在數(shù)學領域，表面積是一個物體最實用，也是最重要的研究角度。對于一些規(guī)則物體，比如，長方體、圓錐、圓柱及球體，數(shù)學家早已推算出了它們的表面積公式，只要進行相關數(shù)據(jù)的測量，就可以很快計算出表面積?？墒?，對于生活中的一些不規(guī)則物體，該如何計算表面積呢？比如，一只雞。

對于這個問題，數(shù)學愛好者很早就開始思考并想出了“妙招”：在雞身上選取一定單位面積的表皮，比如，1平方厘米，然后拔掉這1平方厘米表皮上的雞毛進行計數(shù)，再拔完雞全身的雞毛求出總數(shù)，最后再用雞毛總數(shù)除以1平方厘米表皮上的雞毛數(shù)就可以得到一只雞的表面積。

然而，這個辦法過于殘忍。那么，有沒有無痛測量法呢？

巴西的大學教授艾伯森·席爾瓦精心挑選了84只上乘的羅斯肉雞進行了無痛試驗。艾伯森·席爾瓦準備了一個150瓦特的光源、一塊黑色的垂直板、一臺數(shù)碼相機、一捆特制的網(wǎng)格線。在試驗中，他把雞放在網(wǎng)格線前擺好造型，用光源對其進行照射，通過條紋投影，捕捉目標雞的形狀。接著，他對采集到的數(shù)據(jù)加工處理，生成雞的三維圖像。最后，將三維圖結(jié)合坐標軸，導出雞的長、寬、高數(shù)據(jù)，進行表面積測定，并進行數(shù)值校正，即可得出結(jié)果。

艾伯森·席爾瓦的方法被稱為數(shù)碼光學方法，實驗室的每一只雞都可以活著出來，且做到了無痛測量。但美中不足的是，與傳統(tǒng)去雞毛法相比，這種方法的誤差增加了5.18%。

這就意味著，這個方法并不是最優(yōu)方案。

為了消除誤差，有人想到了氣體吸附法。這個方法的原理很好理解，由于分子之間的作用力，物體表面會吸附周圍空氣中的氣體分子。氣體吸附量的多少會隨著物體表面積的增大而增大。氣體吸附法科學而精準，已成為公認的最權(quán)威的測試方法。許多國際標準組織都將其列為表面積測試標準。

具體做法是，首先，將雞放在真空下進行高溫加熱處理，目的是去除雞身上原本已吸附的各種氣體，再把剛加熱完的雞連同真空容器放進液氮中，液氮的低溫能提高測量的準確性。然后，給容器通入關鍵的吸附氣體。考慮到已獲得性和良好的可逆吸附特性，氮氣成為最好的選擇。

通入氮氣的過程中，容器中的氣壓也會隨之變化。在容器中沒有雞的時候，容器氣壓與加入的氮氣量呈正比。而在容器中有雞的情況下，雞表層會有不同程度不同層次的吸附，氣壓變化在平衡飽和時會出現(xiàn)一個拐點。此時，我們只需要把實際測定的氮氣分子在雞表面的平衡飽和吸附量，代入理論模型計算出氮氣分子個數(shù)，再采用表面密排六方模型計算出氮氣分子等效最大橫截面積，經(jīng)過簡單運算，就可以輕松算出雞的表面積。

//摘自《知識窗》2020年第5期，candy/圖