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奥利奥饼干也可以用来研究流变学吗？美国麻省理工学院（MIT）的研究团队在近日发表的论文中，尝试如何扭出一个内馅均匀分布的夹心饼干。 研究团队利用实验室流变仪，测试了扭动速度、奶油夹心量和奶油口味等因素，对扭开后奶油分布情况的影响。他们将这一研究称为“奥利奥学”（Oreology）。经过一系列严谨的实验，他们的“完美分布饼干”失败了。 但是，这篇论文“成功”了。这项研究于4月19日发表在流体力学权威期刊Physics of Fluids（IF 3.521）的特刊中，第一作者为MIT机械工程博士生Crystal Owens。 
扭一扭，做实验 这并不是科学家第一次关注如何“扭”饼干。早在2016年，美国普林斯顿大学的一项研究中首次提到，在扭开奥利奥饼干时，奶油夹心几乎总是从一侧脱落，很难让它同时粘在两片饼干上。 夹心不能完美分开，只是因为“手抖”吗？ Owens团队认为，奥利奥这种形似三明治的夹心饼干，可以被看做是一个完美的平行板流变仪的模型。在这个模型中，流体（奶油夹心）置于两个平行板（饼干）之间。当扭动饼干的时候，奶油夹心会变形、扭曲，直至最终断裂，导致整块夹心饼干被分成两部分。 
论文中展示的奥利奥饼干扭开情况。图片来自论文 那么，奶油夹心从哪一侧脱落到底受哪些因素影响呢？ 为了一探究竟，Owens团队在实验中控制了3个不同变量，分别是扭动饼干的速度、奶油的量和奶油的口味。 实验证明，与奶油有关的两个因素并不会影响夹心的完整脱落。但旋转速率对随之产生压力的影响呈现指数增长，更快的扭动会导致更大的压力和破坏力。 然而，真正决定扭开饼干时奶油夹心分布状况的，还是饼干和奶油之间既存的粘附水平。影响因素包括饼干在包装中的摆放位置等。 例如，他们发现量贩式的家庭装饼干中，夹心会更容易附着在远离边缘的那一侧饼干上。 在家也能研究流体学 Owens团队的这次试验，可以说是流变学与食品科学之间跨学科研究的一个新思路。除了奶油可以被看做是流动的液体，芝士、奶酪、蛋黄酱、豆油等都可以被当做流变研究的案例。 Owens团队认为饼干夹心的流体现象值得更进一步的研究。为此，他们创造了一个3D打印的简单仪器——Oreometer。 Oreometer不需要其他能量来源，仅需要花费包括硬币和橡皮筋在内的6美元（约合人民币40元）的材料，即可扭动测试奥利奥饼干及类似的圆形样品。 Oreometer操作过程。视频来自论文 为了方便大家使用，Owens将3D打印方法和使用指南都分享在GitHub上。任何人都可以打印一台自己的Oreometer！ 这一有趣的实验吸引了不少的关注。有网友戏称他们值得一个搞笑诺贝尔奖，也有网友评论果然“吃”这一话题在各个学科领域都能引起共鸣。 针对这些说法，论文的作者之一、MIT的大三学生Max Fan说道：“我们做这个实验的目的，主要是想唤起普罗大众的动手能力和积极性，引导大家多去观察生活、体验生活。或许这其中就隐藏着一些微妙的物理知识。” 研究团队希望以以此为契机，号召更多人通过饼干等生活中常见的物品，去创造类似的简易模型，把大众陌生的流变学进行有趣的科普。 Owens团队的灵感起始于新冠大流行之初，彼时许多研究人员因为疫情原因无法进出实验室。 从科学的角度讲，研究饼干给科研人员的实验过程增加了趣味性；从生活的角度讲，这也拉近了科学与大众的距离，给了大众了解科学、走进科学的信心。 就像Owens在文中提到的那样，虽然饼干可能缺乏营养，但它们为科学研究提供了丰富的主题。
参考资料： https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0085362 https://aip.scitation.org/phf/info/focus https://github.com/crystalowens/oreometer/ https://news.mit.edu/2022/oreometer-cream-0419
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发表于 2022-5-3 08:40:15
