MIT 的新型“奥利奥仪”揭示了关于扭曲奥利奥的秘密

基本上不可能将奥利奥均匀地扭成两半。
Try as you might, you can't get the creme to stick to one side of an Oreo.
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无论你多么小心地剥开奥利奥的两片巧克力饼干,奶油夹心总是会粘在其中一面。它不可能将夹心分成两半。这是根据发表在《流体物理学》杂志上的一项新的流体动力学研究得出的结论。

虽然这一发现对于零食爱好者来说可能不是什么大惊喜,但它为下一代 3D 打印制造提供了启示。该研究的首席作者、麻省理工学院流体动力学博士生 Crystal Owens 通常专注于使用含碳纳米管的墨水进行 3D 电子产品打印,而不是研究食物的质地。奥利奥是向公众普及这些概念的一种方式。

但核心测量方法是相似的。可以 3D 打印的物质必须足够有延展性,可以从管子中挤出,又足够坚固,一旦打印就能保持原样。对于可用于电子产品制造的碳纳米管,目标是“尽可能地使(打印结构)坚固,” Owens 说。

研究应力下流体和塑料运动的学科称为流变学,这是一个普通人不知道其存在的小众领域,Owens 说。但奥利奥是一个完美的实例演示:“如果我说,这就像奥利奥——我把流体放在两块板之间,然后旋转它们,这有助于我表征我们用于 3D 打印的(材料)粘度——人们突然就明白了我在说什么。”

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测试可打印纳米管的特性就像测量奥利奥的扭转一样。研究人员首先使用一种称为流变仪的工具,这是一种可以夹住流体的两块板,然后旋转它来测量液体的强度。对于奥利奥,研究人员想看看在扭转外层的巧克力“饼干”(根据他们对奥利奥饼干的技术描述)时,内部“奶油”会发生什么。关键的测量是“屈服应力”,即分开饼干和奶油所需的力。

研究作者还用自制的“奥利奥计”测试了饼干——一个使用橡皮筋和硬币将饼干扭开的夹持装置,该装置由麻省理工学院的本科生、联合作者 Max Fan 开发。“我们一直在讨论如何让人们直观地理解屈服应力是什么,” Owens 说。“我们想到的最好的方法是,让其他人也进行类似的测试。”

(如果您想制作自己的奥利奥计,研究作者已将说明在线发布。)

Owens 说,一开始,她和她的同事们期望在某些实验条件下能够将奥利奥的夹心一分为二。对于用于制作户外躺椅等物品的熔融塑料,“如果你转得太快,就会在赤道附近出现一个接缝,流体就会沿着这个带状区域剪切,” Owens 说。“这是一个非常经典的现象,所以我们实际上花了一些时间试图在奥利奥上实现这一点。”

但无论他们转动饼干的速度有多快,奶油总是粘在其中一面。“结果是,这并没有什么技巧,” Owens 说。“你尝试做的任何事情都会大部分干净地断开。有点令人失望的是,没有什么秘密的扭转技巧。”她怀疑加热奶油可能会使中间分离成为可能。“双倍夹心”(Double Stuf)或特殊口味的饼干并没有改变结果。

然而,科学家们旋转饼干的速度越快,奶油就越难断开。“这实际上证明了奶油是液体,” Owens 说。纯固体总是需要相同的力来断开,无论它们扭转的速度有多快。

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在食物质地的世界里,奥利奥奶油属于“糊状”类别,与土豆泥、蔓越莓酱和馅料一样。“实际上,很多感恩节食物都是(流体),” Owens 说。“鸡肉不是——我认为那只是固体。”

当被问到罐装蔓越莓酱是流体还是固体时,Owens 停顿了一下。“这取决于你问谁,它可以是软固体或复杂流体,”她说。但她说,流体还有一个定义。“如果我们能在我们的流变仪中测量它,那么它就被认为是流体。”事实上,她说,奥利奥夹心的性质表明它可以被 3D 打印。

 

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Philip Kiefer

特约撰稿人

Philip Kiefer是《Popular Science》的特约撰稿人。他于2021年开始作为自由撰稿人加入科学部门,同年晚些时候正式成为团队一员。他曾报道过COVID变种的演变、食腐蜜蜂以及史前藻类爆发。


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