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这么好吃的薯片居然和建筑学有关?

发布时间:2020-01-16

周末在家看电影的时候配上薄脆可口的薯片,这小日子简直不要太享受。

 


正当我电影看得入迷,薯片吃得尽兴时,旁边和小狗玩得正欢的小宝贝突然朝远处扔了一桶薯片。

 

当时我的内心只有一种想法:完了,这肯定得碎成渣渣了......

 

可当我把薯片捡回来一打开,神奇的事情发生了,这薯片居然一点也没碎,还是一片紧跟一片整齐地排着。

 

这么薄脆的薯片,经过了这么大折腾,居然还能保持原样,这究竟是什么神奇的力量啊?


吃货的内心顿生求知欲,炸炸决定去好好探究一番!

 


-1-

 薯片的形状:双曲抛物面 

 

大家在吃薯片的时候,有没有发现有些桶装薯片形状几乎都是一样的,而且长得还有点像马鞍



我们暂且称之为「马鞍薯片」,这是特意为之,还是机械生产的无心之作呢?


其实在生产这种薯片时,工厂里用到的还真是马鞍面薯片机器。而这种机器还是由科幻小说作家吉恩·沃尔夫设计出来的呢!

 

瞬间就觉得这薯片有了一种高级感,格外不一样~但话说为什么要设计成这种形状呢?


 

我们文章开头也有提到,马鞍薯片经过大折腾也不容易碎,这其实就是薯片形状的功劳,而这种形状在数学世界里被称为「双曲抛物面」

 

双曲抛物面的几何特征让其具有了神奇的力学特性


这种形状的每一个面都拥有一条抛物线,使得薯片不仅能承受拉扯,也能承受挤压,并在拉力与压力之间达到平衡

 

△ 双曲抛物面

(红白两条线分别是两个面的抛物线)


同时,这种形状还有一个特点,那就是它无法形成一条应力线。普通薯片大多有一条应力线,所以一碎就会碎成两半。


  如果薯片具有应力线,当其受到外力时,将会沿着这条轨迹破裂。


而双曲抛物面因无法形成应力线,所以哪怕薯片出现了裂缝,也只是小块破损掉落,不会整体碎掉,这也保证了薯片「只碎于口,不碎于手」的绝佳口感。

 


-2-

 在超级计算中的薯片制作 

 

其实,马鞍薯片不仅在形状上有独特的科学性,就连制作的过程也充满了数学与科学的影子。

 

薯片在流水线上的生产过程非常非常快,经常有薯片被抛飞,也因此造成了较大的浪费。

 


为了解决这一问题,科学家们运用了超级计算机建构模型模拟高速运转的物体(比如高铁、赛车、飞机等模型),模拟薯片在各种条件下运动的情况,从中找到了减少薯片抛洒的优化方案。


  超级计算机是指能够执行一般个人电脑无法处理的大量资料与高速运算的计算机;而超级计算则是用这种计算机去研究、设计产品及支持复杂的决策。

 

此外,薯片的成形、撒料以及包装的过程都与空气动力学科相关(空气动力学:研究空气如何影响物体的学科)


而科学家们也借助超级计算为薯片的生产找到了最佳的生产模式☟

 

 ①  薯片成型 

 

薯片在固定形状的过程中容易受油与蒸汽的影响,进而影响成品效果。


科学家通过超级计算找到了油与蒸汽的优化搭配,从而让薯片均匀烹炸,形状更为统一。



 ②  薯片撒料 


 

通过超级计算,科学家找到了薯片撒料时的弹射速度、角度以及撒料的方式


薯片在经过热油成型后,就会被撒上一层调味料,经过机器的完美翻转,薯片的两个面就都有调味料啦!



 ③  薯片包装 


 

当薯片一块块叠加在一起后,将有机器把它们抖松,接着便是称重分组,最后再被推到桶里进行包装。


优化后,薯片从制作到包装整个生产过程用时一共才 20 分钟,而且薯片并无过多损耗哦~




-3-

 薯片在建筑中的创意应用 

 

薯片的整体形状属于双曲抛物面,虽然薄但具有较强的稳定性以及抗压性


正如下图所示,薯片甚至能在不借助任何外力的情况下被搭成一个稳定的圆环。

 


双曲抛物面的承重抗压特性也受到了建筑师们的关注,且常常被运用于建筑的屋顶

 

下方是 2012 伦敦奥运会室内自行车馆,当年可是在 100 项设计方案中脱颖而出!


它运用了双曲抛物面结构,不仅节省了整整一半的材料,还缩短了建筑时间,降低了碳排放量。

 

△ 2012 伦敦奥运会室内自行车馆


运用了双曲抛物面结构的广州星海音乐厅👇,是不是很漂亮?

 

△ 广州星海音乐厅


双曲抛物面在建筑中还能玩出不一样的创意。请注意,下方即将有一大波创意建筑出现。

 

 ①  帕尔米拉教堂 


运用了 1 个双曲抛物面的帕尔米拉教堂,结构简单,线条流畅。


 

 ②  圣维特生·得·保罗教堂 


运用了 3 个双曲抛物面的保罗教堂,面与面之间通过钢桁架相连,形成透明光带,就像森林里的一顶白帽子。

 


 ③  霍奇米洛克餐厅 


运用了 4 个双曲抛物面的霍奇米洛克餐厅,从上方往下看,就像一朵白色的花。





还有很多活用双曲抛物面的建筑,我们就不一一介绍啦!没想到一块小小的薯片,竟然也蕴含着这么多科学以及数学知识,简直太神奇了。


宝贝们在生活中有没有发现其他的神奇现象或者事物呢?欢迎留言告诉我唷~

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