無用技能：如何把一根生麵條恰好掰成兩段

你餓不餓?我煮個面給你吃，順便給你介紹一下細長脆性材質的斷裂動力學機制。

甭管是生的義大利面還是東北大挂面，你抽出一根，兩手分別捏住兩端將其掰斷。你會發現，乾麵條在斷裂的時候，總是會碎裂成好幾部分，而不會幹凈利索地斷成兩截。

麻省理工學院的數學家們對這一現象深深著迷，這倒不是他們閑的五脊六獸，實際上最早在嚴肅的公開場合討論這一問題的科學家正是大名鼎鼎的諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼。他思索良久，卻苦苦不得要領，最後甚至沒有活著看到答案，直到2005年——他去世後17年才有物理學家給出了令人信服的解釋，捎帶一提，他們的研究為他們贏得了2006年諾貝爾物理學獎。

發表在《物理評論快報》上的兩篇論文中，法國科學家們發現，在一根義大利麵條的兩端均勻施加力時，它會彎曲直到某個臨界點。斷裂的瞬間，兩段半截的麵條從彎曲狀態快速反彈伸直，而出於慣性，它們會再次向反方向彎曲，形成波浪式的震動，結果就是手中的兩段再次發生斷裂。

Heisser et al./MIT

簡明扼要，嗯？但麻省理工學院的研究人員現在提出了另外一個問題：是否有辦法把一根義大利麵條恰好掰成兩段？

為此，他們專門製造了一台掰麵條機，一番折騰下來，還真有所發現：如果你將義大利麵條扭到一定程度，然後慢慢彎曲，它就會分成整齊的兩截。

好吧，這樣的事實可能對大家的下面水平毫無幫助。但它可能在其他領域裡有所應用——還記得2006年的諾貝爾物理學獎嘛。

麻省理工學院的物理應用數學家J?rnDunkel說：「了解到如何使用扭曲手段來控制二維和三維的脆性材料發生斷裂的動力學知識，非常有趣。」

該研究由MIT的兩名學生Ronald Heisser和Vishal Patil發起。 Heisser猜測扭轉可能會影響到義大利麵條的斷裂方式，並自己動手做了實驗。

當然，用手掰麵條的實驗方法局限性太大，因此接下來他設計並製造了一種裝置，可以微調扭曲和掰的力度。

Heisser et al./MIT

收穫的精確性數據使Patil能夠建立掰麵條的完美的數學模型。

研究人員發現，將義大利面扭轉270度，然後以3毫米/秒的速度將兩端彎曲在一起，可以使義大利麵條分成兩半。他們甚至嘗試了兩種不同厚度的義大利麵條，都得到了相同的結果。

這是因為扭曲減輕了反彈效應和回復的震動波，因為它削弱了初始反衝的強度。斷裂的義大利麵條以螺旋狀的方式釋放了彈性勢能。因為扭曲波動比彎曲波動傳播得更快，從而防止應力在義大利麵條的結構中累積。

該團隊還發現，他們的數學建模能夠準確地預測一根麵條何時會分成四塊而不是兩塊。

「總之，我們的實驗和理論結果推動了對扭曲如何影響斷裂級聯的一般理解。」Dunkel說。

在研究過程中，數百根義大利麵條支離破碎慘不忍睹，飛天意麵神教表示強烈譴責。論文已發表在PNAS。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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