意面真的不能被掰成两段吗?

中科院物理所

有人说,


不可能把一根完整的意面掰成两段。


真是这样吗?


为了加餐验证,


快快将家里的面条翻出


和我一起试试吧!


实验器材


意面、(细挂面、扁挂面)、所标杯


实验步骤


第一步:


拿住一根意面两端,直接掰断,观察到意面分成三截。加快掰面动作甚至可以观察到断成4-5截。面段可能飞溅,注意安全!


第二步:


捏紧一根意面两端,双手扭转一定角度后(可以尝试不同角度的效果),再掰断意面,观察到意面只断成了两截!


第三步:


同样直接掰断意面,但是减慢掰的速度,也可以观察到意面只断成了两截。(为了便于展示,本文动图做了播放速度调整,与实际操作速度不同)


第四步:


将意面换成家中其他干面条对比效果。圆而细的挂面和意面表现出相似效果,由于其不如意面硬,碎面段更不易飞溅。



扭转后再掰细挂面。



慢掰细挂面。


第五步:


扁而平的挂面表现出不同的效果,即使较快掰断也很容易只断成两截。


第六步:


当然就是一本正经地将实验“损耗”清理干净啦(っ˘ڡ˘ς)


原理解说


干意面可以把它看作一根细而脆的“弹性细杆”。当你从两端往中间弯它时,曲率最大的地方最先达到材料极限并发生 第一次断裂 。断裂瞬间,原本储存在面条里的弯曲弹性能被突然释放,面条像鞭子回抽一样产生强烈的 回弹(snap-back) 并激起沿杆传播的 弯曲波 ;这些波会把其它位置的应力瞬间推高,常常再触发新的断口,于是一次用力却得到三段甚至更多段——这就是“级联断裂”的物理原因。这个机制最早由法国物理学家Audoly和Neukirch建立模型并在Physical Review Letters中给出定量解释,后来拿到了2006年的搞笑诺奖。


高速摄像机拍摄的意面弯曲后的断裂过程来源:Why Spaghetti Does Not Break in Half


如果在弯之前把面条 整体先拧紧 ,情况就不同了。实验和理论都显示:当扭转角超过一个临界值(约 270° ),再 缓慢 弯折,意面很容易 只断成两段 。原因是扭转把一部分能量从“纯弯曲”分流出去,第一次断裂后除了弯曲波,还会出现传播更快的 扭转波 ,它像“能量泄压阀”一样先把能量带走,削弱了二次断裂所需的峰值应力,因此难以继续级联。


“慢掰”本身也有帮助:如果弯折速度很低,首次断裂释放的冲击更弱、波幅更小,后续再被触发的概率下降,更容易得到两段;而“快掰”则更容易诱发级联。这个“速度效应”和“扭转效应”在同一框架里被归纳为对能量注入与耗散途径的控制。


最后要强调,这是一个 定性演示 。不同品牌、直径都会改变临界扭转角与断裂统计分布,但不影响其背后的物理原理哦~


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