為什么品客薯片不容易碎，但樂事薯片容易碎？

本文由公眾號 “把科學(xué)帶回家” 提供給孩子最好的科學(xué)教育

來源 WSJ等

編譯 七君

吃過薯片的吧，吃過品客薯片的吧？

沒有打廣告，不要打我，要打也請打我賬戶上，謝謝。

所以問題就來了，為什么品客家的薯片是這種奇怪的形狀呢，這樣子在桶里還留下了很多空間，不是很浪費嗎？

其實吧，品客薯片長成這樣有一千個理由，而這一千個理由可以匯成一句話——

品客薯片是雙曲拋物面。

品客薯片是雙曲拋物面

常吃薯片的你肯定能發(fā)現(xiàn)，品客薯片和樂事袋裝薯片長得很不一樣，樂事薯片是各種橢圓形的變異，而品客的形狀非常統(tǒng)一，它們的形狀，就叫做雙曲拋物面。

為什么要用雙曲拋物面？

如果你注意觀察，你會發(fā)現(xiàn)，品客薯片很少會整一罐子都碎了，而且，品客薯片從來也不會碎成對稱的兩瓣。

這，就是幾何之神賦予品客的超能力。

是這樣的，雙曲拋物面長得像個馬鞍。

普通薯片容易碎成2大片，因為它們?nèi)菀仔纬砷L長的應(yīng)力線。

雙曲拋物面的幾何特征讓它具有奇怪的力學(xué)特性，比如無法形成一條應(yīng)力線，也就是說，小裂縫很難擴(kuò)大成一長條裂縫嘩啦一下子擴(kuò)散開來。

所以，雙曲拋物面的薯片碎掉，就只能碎成一小塊一小塊的，很難碎成一大塊的，更無法碎成對稱的。

這種心機(jī)設(shè)計，既保證了品客薯片不容易在包裝運輸過程中大面積地碎掉，還可以保證“只碎于口，不碎于手”的松脆感。

另外，雙曲拋物面不僅能承受拉扯，還能承受推擠。

因為在受到張力時雙曲拋物面的凹面受力，而在被擠壓時凸面部分可以承受拉扯，所以雙曲拋物面的薯片才不容易像袋裝薯片那樣碎成粉末。馬鞍長成馬鞍的形狀，也是利用了雙曲拋物面能承受你的大屁股不斷擠壓拉扯的能力。

建筑學(xué)家早就知道雙曲拋物面的這種承重抗壓的性質(zhì)，所以經(jīng)常把這個形狀設(shè)計到屋頂中。

比如，2012倫敦奧運會的室內(nèi)自行車館（The London Velodrome）、加拿大豐業(yè)銀行馬鞍體育館（the Scotiabank Saddledome）, 還有瑞典的斯堪的納維亞體育館（the Scandinavium）都采用了雙曲拋物面的設(shè)計。

2012倫敦奧運會的室內(nèi)自行車館是品客薯片形狀的。

知道自然界最強(qiáng)的物理和魔法拳擊高手——皮皮蝦（蝦蛄）（O. scyllarus）吧？

皮皮蝦可以產(chǎn)生超過自身體重2500倍的力量。你要是有皮皮蝦的能力，你基本上可以舉起一頭藍(lán)鯨，還不帶喘氣的。

它們敲人頭的時候，其速度和力量可以讓拳頭周圍的水沸騰。杜克大學(xué)的生物學(xué)教授Sheila Patek發(fā)現(xiàn)，它們的拳頭之所以這么厲害，是因為它的拳頭里也有一個雙曲拋物面。

這個雙曲拋物面可以承受巨大的能量，然后釋放出來。

箭頭所指的地方就是雙曲拋物面

有人要說了，亂講吧，樂事后來也出了樂無限這種桶裝薯片啊，難道樂無限不是雙曲拋物面？

樂無限（左）是拋物柱面，屁股比較平；品客（右）是雙曲拋物面，所以屁股比較翹。

不不不，樂事家的樂無限還真不是雙曲拋物面，而屬于拋物柱面。你把一張紙卷一下，就是一個拋物柱面。

樂無限（左）是拋物柱面，品客（右）是雙曲拋物面。

澳洲新南威爾士大學(xué)數(shù)學(xué)系教授 Chris Tisdell 說，樂事樂無限的高斯曲率和品客并不一樣。用數(shù)學(xué)家的行話說，品客家的薯片是正半定二次型形式，樂事是不確定雙線性形式。

啥叫高斯曲率呢？

假設(shè)你是這個圓柱上的一只螞蟻，你沿著圓柱走，你找到2條差異最大的路線，把它們的曲率乘起來，就是圓柱的高斯曲率。

直線的曲率是0，所以很顯然，圓柱的高斯曲率是0。同理，作為一個拋物柱面，樂事薯片的高斯曲率就是0。

用人話說，（高斯散度定理決定了）雙曲拋物面比拋物柱面要高級多了，樂無限的形狀可以用一張紙拗出來。但是品客家的不行，因此品客家的薯片無法用一張紙模擬。

有人可能要問了，這么高級的雙曲拋物面薯片，要怎么做啊？

IBM 的副主席 Dave Turek 曾經(jīng)在接受美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）采訪時表示，品客家薯片的設(shè)計靠的是超級計算能力，“品客薯片是用超級計算能力實現(xiàn)的，計算機(jī)會評估薯片的空氣動力學(xué)，這樣在制造的時候，它們就不會翩翩飛走?！?/p>

什么樣的操作還能讓薯片在制造過程中飛走？

這就要看薯片很有意思的制造過程了，我們最后來看一下普通桶裝薯片是如何誕生的。

首先，廠家會用這些牛皮紙和鋁箔紙制造薯片的紙筒。鋁箔紙的功能是為薯片保鮮。

紙會圍住一根軸子轉(zhuǎn)成筒。如果你曾經(jīng)把桶裝薯片外面的包裝紙撕掉，就會發(fā)現(xiàn)里面是螺旋狀的。原因就在此。

紙筒經(jīng)過一個皮帶，它可以把紙上的膠水和紙壓在一起。

接著，外包裝紙也被這樣一圈一圈地繞上去。

你曾經(jīng)注意過嗎，一些桶裝薯片的外包裝通常有白色的條紋，那是包裝紙的邊緣。為什么廠家不裁掉它們呢？

這是因為，薯片外包裝的白色邊緣有定位的作用。

攝像機(jī)會追蹤包裝紙的白色邊緣，然后把它們的位置傳輸給圓刀，這些刀片會根據(jù)白色邊緣下刀，保證每個桶的外觀一致。

接著，這些紙筒就會進(jìn)入一個翻轉(zhuǎn)裝置。

在這個翻轉(zhuǎn)裝置里面。所有的紙筒都會被調(diào)成同一個方向的，這就是所有桶裝薯片的方向都和外包裝統(tǒng)一的原因。

從這個地方出來以后，有一個滾燙的金屬裝置會把紙筒的邊緣燙卷。

現(xiàn)在，紙筒還有一面沒有封住，這是為裝薯片而預(yù)留的。

所有的紙筒的屁股被倒過來，等待薯片插入。

桶裝薯片的配方一般是1份水兌2份薯片粉。對了，桶裝薯片里其實還有玉米粉一類的成分，不僅僅是土豆。

攪拌好的面團(tuán)被運輸?shù)铰菪顾推鬟@里，然后掉到下面的壓片區(qū)域。

在這里，4噸重的壓片機(jī)會把面團(tuán)壓成一張巨大而致密的土豆片。

模印機(jī)會在這張土豆片上切出橢圓形的薯片。

另外有一個裝置把多余的土豆面餅扯掉，只留下薯片。

這個過程看起來莫名舒爽。

接著，薯片就被模印機(jī)拗出拋物柱面的形狀。

然后，有了造型的薯片就在油炸機(jī)的熱油里炸11秒。

一個吹風(fēng)機(jī)會把薯片上面過多的油吹走。

然后呢，薯片就被撒上了一層調(diào)味粉。

所以問題就來了，粉只能撒一面對吧，所以薯片為什么兩面都有調(diào)味粉呢？

這就要靠下面這步關(guān)鍵操作了。

在傳送帶的末端，薯片會被被風(fēng)吹一下，接著翻個面，掉入下一個傳送帶。

這個步驟主要是為了把薯片做成薯形蜈蚣碼放在一起。但因為這個翻身的操作，薯片的另一面也蘸上了后面排隊的薯片身上的調(diào)味粉。所以有時候你覺得薯片一面的味道比較淡，你的感覺沒有錯哦。

接著，它們進(jìn)入另一個碼片傳送帶，被抖松。

被稱重后，它們就被傳送到紙筒前面。

薯片這樣被推入橫著的紙筒里。

還有一個機(jī)械手會推一推薯片，把它們擠進(jìn)去。

最后再加個底，就這樣，一桶薯片就做好了，總共花了20分鐘。

對了，發(fā)明品客薯片制造機(jī)的人，是一個科幻小說家。

設(shè)計品客制造機(jī)器的人，叫做吉恩·沃爾夫（Gene Wolfe），他是一位星云獎獲獎科幻小說家，剛好在今年4月份去世。他在成為科幻小說家之前，曾經(jīng)做過機(jī)械工程師，也是在那個時候發(fā)明了品客薯片制造機(jī)。

最后再告訴你一件你肯定猜不到的事實——品客薯片，以前是寶潔公司的哦！就是那個做佳潔士、海飛絲的寶潔。

60年代的時候，寶潔公司委托化學(xué)家 Fredric Baur 和 Alexander Liepa 設(shè)計出了不容易碎的品客薯片。在2011年4月的時候，寶潔公司把品客薯片賣給了加州的戴蒙德食品公司（Diamond Foods）。

總之看完品客薯片的故事我們明白了一個道理，鞋拔子臉都是掉落凡間的天使，他們的雙曲拋物面臉型一定是為了預(yù)防臉先著地時壓扁變形。