生活中有没有哪些小细节蕴含着深刻的科学知识？

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生活中有没有哪些小细节蕴含着深刻的科学知识？

叶小琛小m

不知道大家在吃薯片时，会不会（和我一样闲到无聊）想到一个问题：

为什么薯片是弯的，不是直的？

难道是因为薯片油炸了之后，边边刚好自己翘起来了？

事实上，薯片弯弯的背后，隐藏着一个很牛逼的科学知识，这个知识甚至被拿来设计北京冬奥会的速滑场馆。




18年的时候，国外有专业机构，对乐事和品客的桶装薯片做了一个比赛。

比什么呢？比的是谁更不易碎。




最终的结果是品客暴打乐事，更不易碎。

那品客赢在哪里呢？

就赢在了这弯弯的结构上。




品客桶装薯片的形状在数学微积分里叫「双曲抛物面」。

因为形状很像马鞍，所以也叫马鞍形。




拥有马鞍形的薯片，能让薯片变得相对比较坚固。

不仅能承受拉扯，还能承受推挤。

在受到拉力时，双曲抛物面的凹面会承受张力；

而在被挤压时，凸面部分可以承受张力。




这就解释了：

为什么“薯片再薄，也异常稳固”这个问题。




图源B站Up主：毕导

高手甚至还能用马鞍形薯片，稳稳地搭出一个圆环，而且不借助任何胶水。





马鞍形除了让薯片变得更坚固，那弯弯的弧度还能让薯片易于存放。

如果你有留意的话，会发现：

一堆薯片叠在一起之后，薯片就前后左右运动不能了。




这样装在盒子里就很稳定，不会那么容易碎了。




相比之下，乐事的桶装薯片虽然也是弯的，但它没有品客的双曲抛物面。

乐事的桶装薯片，属于抛物柱面。江湖人称「圆弧形」。




左边乐事，右边品客


马鞍形薯片和圆弧形薯片，从外观上看很像。

但马鞍形薯片屁股比较平，而圆弧形薯片屁股比较翘。

圆弧形可以用一张纸拗出来，你把一张纸卷一下就是一个抛物柱面。

但是马鞍形，也就是双曲抛物面，无法用一张纸模拟。




当然了，乐事这样的结构，并非没有好处。

它的薯片一旦碎了会很对称，顺着中间的应力线变成两瓣。

而且这种圆弧形薯片，吃起来的体验很好。

一口下去，薯片刚好可以覆盖在舌头上，能最大化接触面积。

从而能更快地感受到上面的调味粉，体验特别爽。




而品客虽然结构稳固不易碎，但不碎则以，一碎就是四分五裂。

无疑这会极大影响了消费者的食用体验。

那有的小伙伴就要问了：

袋装薯片有这种马鞍形吗？

答案是没有的，因为袋装薯片和桶装薯片的制作工艺是不一样的。

桶装薯片是用薯粉做的，先压制成椭圆薯片形状，再切成规则的形状，最后再油炸。




而袋装薯片，则是由新鲜的土豆直接切成薄片油炸而成的。

因此它们炸出来的形状，基本都是不规则的，不过更好吃一点。

而如果你看到袋装薯片弯弯的，那真的是油炸之后，边边自己翘起来了。




说回到桶装薯片的「双曲抛物面」。

这个稳定的结构，不仅被人应用在薯片中，甚至在建筑中也随处可见。

除了上面说的北京冬奥会场馆，2012伦敦奥运会的室内自行车馆，也使用了这一结构。




使用了这马鞍形结构，竟然节省了整整一半的材料，只用了1092吨钢材。

建造时间也缩短了一半，减少材料，节省成本的同时还降低了碳排放。




无独有偶，加拿大丰业银行马鞍体育馆，这又是一个超像薯片的建筑。

坐落在加拿大，同样用了双曲抛物面。




那么将「双曲抛物面」应用在薯片中的人是谁呢？

这位大神名叫吉恩·沃尔夫。

许多人可能想不到，他居然是一名科幻小说家！代表作《新日之书》。

《冰与火之歌》的作者乔治·R·R·马丁称他为科幻史上最好的作家之一。




老爷子在19年4月逝世，他的一生堪称传奇。

曾参加过战争，读过机械专业，后来成为宝洁的工程师，为品客薯片开发了切片机器。

后来才开始写小说，甚至还获得了科幻小说星云奖，不过那都是后话了。




从小小的薯片到超大的房子，都渗透了万古不变的几何学。

这一切无形的东西，悄悄构成了我们眼前所见的世界。

下次再吃薯片时，别忘了拿在手里仔细看看。

我们吃下去的不仅仅是薯片，而是人类无比闪耀的智慧！

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btw，为了验证上面那个薯片搭圆环的可行性，我买了几个牌子的薯片回来搭。

没想到包括品客在内，国内的薯片好多都不是马鞍形的，也是圆筒形，因此完全搭不起来。




无奈后面去买进口的，才终于拿到了马鞍形的薯片。




可以看到包装开口处有点褶皱，有人能猜出这是为什么嘛？

这次终于成功了！










看来这个结构确实够稳固，就是一口闷的时候有点费上颚吧233

石头剪子布854

在加油站能打电话吗？


长时间里，人们对于加油站里面打电话能不能引起爆炸存在很大的争议。那么，加油站里面是否真的可以打电话？

一些人认为，人们在打电话的过程中会有微弱的火花出现，进而使空气中的汽油燃烧、爆炸。更有传闻，在其他国家已连续出现好几起民众在加油过程中忽然有人打电话，导致空气中汽油爆炸的惨案。

首先我们需要承认，在细致研究有关事件以后，截至今日，由于打电话而造成加油站发生爆炸的事故几乎没有。打电话造成加油站爆炸的认识，最主要原因是加油站张贴的警告使这种观点进一步加强。

从理论上讲，手机的确能够引爆可燃气体。原因是手机发射以及接收的信号属于空中无线电波（射频电磁波），它可以让接收无线电的天线产生射频电流，这类射频电流在金属导体中环流时，极易在接触不稳定的地方（如锈蚀间隙）产生放电火花，然后造成爆炸。同时，以金属为材料的油罐、管线也具有无线电接收天线的功能，同样可以感生射频电流，产生电流的电压小的有几毫伏，大的有上万伏。这个过程中如果油罐、管线以及其他静电没有正常接触地面将引起放电，甚至爆炸。

最后要提醒大家的是，大部分加油站使用的是电脑操作加油，高强度的手机信号在一定程度上也将造成一些设备的错误感应，不利于设备安全运转，造成计量失误或导致产生别的一些无法预测的安全事故。

当前，虽然在加油站打电话而导致爆炸的事件非常少，可理论上打电话确实具备触发点燃汽油的隐患。可能不会爆炸并非意味着一定不可能爆炸，因此在加油站里大家尽量不使用手机。

为什么耳机线爱缠在一起？


耳机经过细心的折叠，缓缓地放进口袋里，怕的就是它乱了，胡乱地缠在一起。但是等一段时间拿出来，它还是胡乱地缠在一起，这是怎么回事呢？

因为耳机线里面是热塑弹性材料制造的金属丝，同时长宽比例几乎完全失衡，造成它非常容易发生弯曲。耳机线有时候也会以金属丝为中心出现扭转，这样导致了耳机线在结构上最少有三个维度的不平衡。

最重要的是，耳机的顶部还要分成两段，方便绕到脖子上。大概能够粗略地认为，耳机线任何一次形状发生变换，都涉及三条耳机线的变化，极其麻烦，真的是「乱麻里的乱麻」。

要是我们将耳机线随意地放到口袋里，它会伴随着身体的晃动不断摇摆，同时接受口袋四周的压力以及摩擦力。由于有复杂的力学作用，它需要把自己控制在某一种固定状态，来抵消其他不同的外力。

这个时候，缠绕就起了重要作用，通过这样的方法能够在材料性质不变的状态下极大地提高结构的稳定性，缠绕得越紧密，强度就会变得越高。

因此，耳机线这种拥有九维向量的物品，会通过缠绕来达到目的，总会缠在一起。

为什么电脑键盘上的字母不按顺序排列？


大部分刚开始用电脑的人，打字时都不是太快，原因是他们要花费很多的时间去找到需要的字母。如此情况，就会有人抱怨：「电脑键盘上的字母怎么不按顺序排列？那样的话我就能够加快速度了。」

为什么电脑键盘上的字母毫无顺序地排列着？最主要的原因是历史因素。

字母键盘最先使用在机械打字机上，机械打字机是在 1868 年由美国排字工克里斯托夫·拉森·肖尔斯研制的。在人们使用打字机时按下字母的按键，与此对应的长杆发生坠落，长杆上安装的字锤将隔着色带击打在纸上，在纸上打下字母印记。这个技术的发明，直接终结了「活字印刷」时代，很多厂家立刻引进、生产。

没多长时间，这个打字机就出现了问题。因为肖尔斯的字母键盘是按字母顺序排列的，操作者的按键速度极其快，靠近的两个字母的长杆以及字锤常常缠到一块儿，造成操作不能进行。肖尔斯没有办法，找到自己的数学家妹夫帮忙。妹夫给他的建议是打乱字母顺序，把经常出现的字母隔离。

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准藏智虽

图来自网络。

Runlinh

• 鞋带为什么总爱自己解开？
  

Daily-Diamond, C. A.; Gregg, C. E.; O'Reilly, O. M., The roles of impact and inertia in the failure of a shoelace knot. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Science 2017, 473.
这套研究还上了Science新闻。
2. 耳机线为啥总会缠绕在一起？
Raymer, D. M.; Smith, D. E., Spontaneous knotting of an agitated string. Proceedings of the National Academy of Sciences 2007, 104, 16432-16437.
都是纽结作怪。推荐阅读拓扑学名著Knots and Physics获得进一步信息。