为什么奥利奥扭开以后，夹心总是粘在其中一面上？
2018/7/21 11:58:35 中科院物理所
本文转载自公众号“把科学带回家”(ID：steamforkids)
编译 七君
奥利奥是20世纪世界上销售量第一的饼干，超过100个国家里可以买到奥利奥。奥利奥饼干的广告也是深入人心——“扭一扭，舔一舔，泡一泡”。
如果你是奥利奥的爱好者，你可能会注意到这一个现象：奥利奥夹心饼干扭开以后，里面的奶油馅总是粘在一面饼干上，另一面饼干上几乎没有什么酱。这又是怎么回事？
普林斯顿大学的一些物理学家对这个问题产生了浓厚的兴趣，因为奥利奥饼干奶油馅到底贴在哪面饼干上的问题给他们留下了童年阴影，干扰了他们成年后的精神生活。
是这样的，普林斯顿大学机械和航天工程学院的 John Cannarella、Dan Quinn 和 Joshua Spechler 三个同学本来都是机械系的研究生，他们也是学校下午茶的常客。每天下午4点钟，机械和航天工程学院会给学生准备咖啡和点心，里面就有奥利奥饼干。
一开始，三人组就那样随便吃吃，也没有多考虑奶油馅的分配问题。但是就这样吃了几个月以后，他们开始幼稚地玩起了扭一扭的游戏。
这个游戏让 Cannarella 回想起了一个困扰了他多年的问题，小时候他一个和朋友玩竞猜奶油馅在哪一边的游戏时，他的朋友总是赢。这好像有点不科学。如果饼干馅是随机粘在某一边的饼干上的话，为什么他的朋友总是能猜准呢？
毕竟，自己现在也算是科学家了，应该用科学来洗刷童年的污点。所以 Cannarella 和其他2个人决定搞清楚这个问题。
2014年的时候，3人组就开始认真地做起了为童年正名的奥利奥项目。
现在是杜邦公司机械工程顾问的 Cannarella 一本正经地说，“从工程学的角度看，奥利奥饼干和许多现代合成材料一样，外层硬度很高但是很脆(像饼干)，中间有一层硬度不高，但延展性比较好的夹心(像奶油酱)。从力学上讲，防爆玻璃还有防爆电池和奥利奥是一样的结构。”其实，在航空航天以及赛车上常用的碳纤维和玻璃纤维制成的合成材料也像奥利奥一样。
三人组本来想站在巨人的肩膀上，靠前人的力量来解决这个问题。现在是苹果硬件工程师的 Spechler 说，“我们一开始的想法是，肯定有人知道答案。”但是在搜索了相关论文后，他们一无所获。所以，这个问题，要么就是没有人有答案，要么就是没有人有兴趣。
三人组并没有放弃，他们掏出了书本开始计算，并且开始做实验。
他们把奥利奥饼干放到了那种专门研究材料力学性质的支架上，用两条金属臂分别从各种角度往外拉扯饼干，试试奥利奥究竟能够承受多大的拉断力。
他们还用可以旋转的机械臂把2块饼干扭开。他们实验了各种角度和力量，想要找到让奶油馅呆在一块饼干上的秘诀。
在报废了几千块奥利奥以后，三人组终于发现，原来让奶油馅粘在一边饼干上的秘诀很简单，根本不需要特殊的力量或者姿势，同一盒的奥利奥饼干的奶油馅都会粘在同一面上。
是这样的，如果你拿出一块奥利奥饼干扭开，如果奶油馅粘在左边的饼干上，那么剩下的其他奥利奥饼干的奶油馅也会粘在左边。
真相为什么会是这样呢？
实际上，在工厂制作的时候，奶油馅是先后依次粘到2块饼干上的。
Spechler 说，由于液体在高温时更容易流动，当热乎乎的奶油馅落到第一块饼干上的时候，它会填充到饼干的缝隙里，像胶水一样牢牢地粘上去。但是当第二块饼干盖上去的时候，奶油馅已经凉了半截了，它没法填充到第二块饼干的缝隙里，所以它和第二块饼干并没有紧密地结合。
奥利奥夹心是怎样放到第一块饼干上去的
由于同一个盒子里的奥利奥在制作的时候都用的是相同的顺序和朝向，因此它们的奶油馅都是贴在同一面的饼干上。
三人组的心结被解开了，竞猜奥利奥的乐趣也就这样被他们这些理科吃货消灭了。
不过还有一个问题没解决，为什么奥利奥很容易被扭开，但是却不容易掰开呢？
我们在破坏物体的时候，实际上用的是三种力：挤压的压缩力，拉扯时的张力，还有让物体两边向不同方向运动的剪切力。
剪切力一般来说就只有张力的一半。这就是牙线很难拉断(张力)，但是可以很轻易地从中间扯断(剪切力)的原因。所以你看从来就只有劈砖，没有人去拉砖的对不对，这就是因为劈砖的剪切力比拉断砖头的张力要小多了。
此外，延性材料，比如奶油馅容易因为剪切力而失效。用人话说就是，对于奶油馅来说，用拉和压的方式是很难弄断的，但是却很容易从中间错开。
当你在扭奥利奥的时候，实际上你给奥利奥施加了一种扭力，而扭力是一种特殊的剪切力。所以要打开奥利奥的话，用扭的方法总是比用掰的方法更省力。
也就是说，扭一扭这个吃法还是很科学滴。
最后提醒一句，如果手机不小心掉到厕所里，用扭动的方式比较容易捡起来，力再大手法不对，不但不好拔，拔出来也不好看呢。
图片来源：
参考资料：
Campo, E. A. (2008). Selection of polymeric materials: how to select design properties from different standards. William Andrew.
https://qz.com/806914/oreo-twist-off-game-prediction/
https://www.foodprocessing.com/articles/2005/562/?start=5
来源:把科学带回家
编辑：loulou
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