你真的會“扭一扭”奧利奧嗎？夾心餅干里居然藏了這么多流變學原理

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，簡稱奧利奧學

來自美國麻省理工學院的一群物理學博士生，用一套嚴謹?shù)牧髯儗W實驗手段研究了奧利奧，研究成果發(fā)表于流體力學的權(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”，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

而這次科學家發(fā)現(xiàn)，除了貓，奧利奧也會流變。當你扭動兩片“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。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?？赡墚旓灨煞蛛x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。卡口旁是硬幣槽，只需在其中一側(cè)放入適當重量的硬幣，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

擁有科學熱情的研究者們還真是什么無聊的研究都做??！你別說，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“把科學帶回家”公眾號，有刪節(jié)）D75A5F2A-68C5-46E4-9A46-B8D17F020BDE