香蕉皮有多滑？他憑借答案拿了“諾貝爾獎”

小琪

憑借香蕉皮拿下“諾貝爾獎”

香蕉皮到底有多滑？還真有科學家正兒八經(jīng)地做實驗研究過。日本科學家，北里大學醫(yī)療衛(wèi)生學部馬瀏清資教授憑借測定香蕉皮摩擦系數(shù)并揭示其潤滑原理而拿下2014年搞笑諾貝爾物理學獎。

馬瀏教授從事的其實是關節(jié)軟骨的潤滑機理和人工關節(jié)的研究。和其他人談起自己的研究成果時，有句話他時常掛在嘴邊：“這關節(jié)轉起來跟踩到香蕉皮差不多滑。”有一天，他忽然意識到一件事情，踩到香蕉皮到底有多滑？我這個例子用的到底對不對？

好奇心和求知欲促使他嘗試去尋找與踩香蕉皮有關的摩擦力文獻數(shù)據(jù)，但根本沒有人正兒八經(jīng)地研究過踩到香蕉皮到底有多滑這件事情。于是，他決定自己研究。

最開始，馬瀏教授想直接利用斜面來測出香蕉皮的摩擦系數(shù)。他把香蕉放到一個斜面上，不斷加大斜面的傾斜角度。最終發(fā)現(xiàn)，斜面傾角超過45度，香蕉才能在斜面上滑動，這樣換算之后能得出靜態(tài)的香蕉摩擦系數(shù)大約為1.2。這一數(shù)值遠遠超過了鞋底和平坦地面間的摩擦系數(shù)0.4（摩擦系數(shù)值越小，表明越滑）。香蕉皮還能防滑？這一結論顯然有違生活常識，靜態(tài)的香蕉皮完全不能體現(xiàn)它的真實光滑程度。

所以，馬瀏教授決定，用實驗室中測量人工關節(jié)潤滑程度的專用設備，模擬人踩到香蕉皮的情況，來測香蕉皮的摩擦系數(shù)。

測量了60組數(shù)據(jù)后，馬瀏教授發(fā)現(xiàn)，模擬條件下香蕉皮的摩擦系數(shù)僅有0.066，這一數(shù)值遠遠低于正常情況下腳底和平坦地面間的摩擦，甚至比滑雪、滑冰時腳下的摩擦力還小，香蕉皮確實很滑。

除了香蕉皮，馬瀏教授還測試了多種生物質的摩擦系數(shù)，包括蘋果皮和橘子皮，它們的摩擦系數(shù)分別是0.1和0.2左右。

從安全工學的角度而言，在摩擦系數(shù)低于0.1的表面上，有90%的幾率會發(fā)生打滑。也就是說，踩到香蕉皮甚至蘋果皮后腳底打滑的概率都超過了九成。

香蕉皮為什么會這么滑？

這得從香蕉皮的結構說起。通過電子顯微鏡，馬瀏教授觀察到香蕉皮的內(nèi)側表層存在著很多的泡狀細胞，其中充斥著大量的多糖類生物粘液。當受到擠壓時，存有粘液的小泡會發(fā)生破裂，同時釋放出粘液。這些粘液帶來的潤滑效果就是讓你我摔得四腳朝天的罪魁禍首。

也許你會有這樣的疑問，粘度高的流體不容易流動，這不是恰好說明它們內(nèi)部存在較大的摩擦么？為什么粘液還能起到潤滑效果呢？

這是因為在一般的固體接觸摩擦中，實際上并非是整個面積都發(fā)生接觸，而僅僅是表面突起的部分間發(fā)生摩擦。如果此時在固體表面間引入液體形成液膜，就能盡量減少直接的固體接觸。

而粘液之所以比一般清液潤滑效果好，是因為粘液較高的粘度和內(nèi)摩擦讓它們在受壓時更難被排除出接觸面，從而擁有更大的潤滑液膜厚度和潤滑面比例。

不過，一旦將這些生物質完全脫水，它們的潤滑效力就會消失。

你的關節(jié)比香蕉皮滑多了

香蕉皮、蘋果皮等生物質潤滑只會在生活中給我們造成一些小麻煩，但在一些場景中，生物質潤滑卻能造成重大損失。

日本中部山區(qū)的一些地方每隔8年馬陸鉆出土壤交配時都會出現(xiàn)一次馬陸大爆發(fā)。馬陸大爆發(fā)極為壯觀，一平方米范圍內(nèi)的馬陸可以達到上百條之多。馬陸給當?shù)貛淼淖畲罄_莫過于當它們大量聚集于鐵道上的時候。

當?shù)厥巧絽^(qū)，鐵軌存在一定的坡度，一旦大量馬陸堆積，列車就會因為碾碎馬陸后產(chǎn)生的粘液而打滑，嚴重時列車車輪在上坡時會完全陷于空轉。當?shù)氐牧熊嚥坏貌辉陂L達兩個月的馬陸繁殖期內(nèi)中斷運營。這種馬陸也因此而獲得了“火車馬陸”的俗名。

另一個方面，我們能靈活行走其實也離不開生物潤滑。人體內(nèi)最為神奇的潤滑液莫過于關節(jié)液了。關節(jié)液充滿了整個關節(jié)腔，為關節(jié)活動提供潤滑。人體關節(jié)需要在幾十年間經(jīng)常承受數(shù)百牛頓的壓力，它們之所以可以長期保持良好的運轉狀態(tài)，都是關節(jié)液的功勞。在關節(jié)液的潤滑下（當然也包括整個關節(jié)腔的獨特構造），關節(jié)的摩擦系數(shù)僅僅是香蕉皮的十分之一左右，比滑冰和滑雪時的摩擦系數(shù)還要低上幾倍。

關節(jié)液中含有大量的玻尿酸，這也是一種具有潤滑性質的生物大分子。除了多糖和玻尿酸，生物體中還有很多種生物大分子的水溶液，比如蛋白質和核酸同樣可以形成具有潤滑效果的粘液。從這個意義上講，一切生物有機體在某種條件下都會很“滑”。

研究與生物質有關的潤滑現(xiàn)象，與人類的物質生產(chǎn)和身體健康息息相關，不管研究對象看起來多不靠譜，背后的動機卻是嚴肅的。