为什么品客薯片不容易碎，但乐事薯片容易碎？

本文转载自公众号“把科学带回家”（ID：steamforkids）

来源 WSJ等

编译 七君

吃过薯片的吧，吃过品客薯片的吧？

没有打广告，不要打我，要打也请打我账户上，谢谢。

所以问题就来了，为什么品客家的薯片是这种奇怪的形状呢，这样子在桶里还留下了很多空间，不是很浪费吗？

其实吧，品客薯片长成这样有一千个理由，而这一千个理由可以汇成一句话——

品客薯片是双曲抛物面。

品客薯片是双曲抛物面

常吃薯片的你肯定能发现，品客薯片和乐事袋装薯片长得很不一样，乐事薯片是各种椭圆形的变异，而品客的形状非常统一，它们的形状，就叫做双曲抛物面。

为什么要用双曲抛物面？

如果你注意观察，你会发现，品客薯片很少会整一罐子都碎了，而且，品客薯片从来也不会碎成对称的两瓣。

这，就是几何之神赋予品客的超能力。

是这样的，双曲抛物面长得像个马鞍。

普通薯片容易碎成2大片，因为它们容易形成长长的应力线。

双曲抛物面的几何特征让它具有奇怪的力学特性，比如无法形成一条应力线，也就是说，小裂缝很难扩大成一长条裂缝哗啦一下子扩散开来。

所以，双曲抛物面的薯片碎掉，就只能碎成一小块一小块的，很难碎成一大块的，更无法碎成对称的。

这种心机设计，既保证了品客薯片不容易在包装运输过程中大面积地碎掉，还可以保证“只碎于口，不碎于手”的松脆感。

另外，双曲抛物面不仅能承受拉扯，还能承受推挤。

因为在受到张力时双曲抛物面的凹面受力，而在被挤压时凸面部分可以承受拉扯，所以双曲抛物面的薯片才不容易像袋装薯片那样碎成粉末。马鞍长成马鞍的形状，也是利用了双曲抛物面能承受你的大屁股不断挤压拉扯的能力。

建筑学家早就知道双曲抛物面的这种承重抗压的性质，所以经常把这个形状设计到屋顶中。

比如，2012伦敦奥运会的室内自行车馆（The London Velodrome）、加拿大丰业银行马鞍体育馆（the Scotiabank Saddledome）, 还有瑞典的斯堪的纳维亚体育馆（the Scandinavium）都采用了双曲抛物面的设计。

2012伦敦奥运会的室内自行车馆是品客薯片形状的。

知道自然界最强的物理和魔法拳击高手——皮皮虾（虾蛄）（O. scyllarus）吧？

皮皮虾可以产生超过自身体重2500倍的力量。你要是有皮皮虾的能力，你基本上可以举起一头蓝鲸，还不带喘气的。

它们敲人头的时候，其速度和力量可以让拳头周围的水沸腾。杜克大学的生物学教授 Sheila Patek 发现，它们的拳头之所以这么厉害，是因为它的拳头里也有一个双曲抛物面。

这个双曲抛物面可以承受巨大的能量，然后释放出来。

箭头所指的地方就是双曲抛物面

有人要说了，乱讲吧，乐事后来也出了乐无限这种桶装薯片啊，难道乐无限不是双曲抛物面？

乐无限（左）是抛物柱面，屁股比较平；品客（右）是双曲抛物面，所以屁股比较翘。

不不不，乐事家的乐无限还真不是双曲抛物面，而属于抛物柱面。你把一张纸卷一下，就是一个抛物柱面。

乐无限（左）是抛物柱面，品客（右）是双曲抛物面。

澳洲新南威尔士大学数学系教授 Chris Tisdell 说，乐事乐无限的高斯曲率和品客并不一样。用数学家的行话说，品客家的薯片是半正定二次型形式，乐事是不确定双线性形式。

啥叫高斯曲率呢？

假设你是这个圆柱上的一只蚂蚁，你沿着圆柱走，你找到2条差异最大的路线，把它们的曲率乘起来，就是圆柱的高斯曲率。

直线的曲率是0，所以很显然，圆柱的高斯曲率是0。同理，作为一个抛物柱面，乐事薯片的高斯曲率就是0。

用人话说，（高斯绝妙定理决定了）双曲抛物面比抛物柱面要高级多了，乐无限的形状可以用一张纸拗出来。但是品客家的不行，因此品客家的薯片无法用一张纸模拟。

有人可能要问了，这么高级的双曲抛物面薯片，要怎么做啊？

IBM 的副主席 Dave Turek 曾经在接受美国有线电视新闻网（CNN）采访时表示，品客家薯片的设计靠的是超级计算能力，“品客薯片是用超级计算能力实现的，计算机会评估薯片的空气动力学，这样在制造的时候，它们就不会翩翩飞走。”

什么样的操作还能让薯片在制造过程中飞走？

这就要看薯片很有意思的制造过程了，我们最后来看一下普通桶装薯片是如何诞生的。

首先，厂家会用这些牛皮纸和铝箔纸制造薯片的纸筒。铝箔纸的功能是为薯片保鲜。

纸会围住一根轴子转成筒。如果你曾经把桶装薯片外面的包装纸撕掉，就会发现里面是螺旋状的。原因就在此。

纸筒经过一个皮带，它可以把纸上的胶水和纸压在一起。

接着，外包装纸也被这样一圈一圈地绕上去。

你曾经注意过吗，一些桶装薯片的外包装通常有白色的条纹，那是包装纸的边缘。为什么厂家不裁掉它们呢？

这是因为，薯片外包装的白色边缘有定位的作用。

摄像机会追踪包装纸的白色边缘，然后把它们的位置传输给圆刀，这些刀片会根据白色边缘下刀，保证每个桶的外观一致。

接着，这些纸筒就会进入一个翻转装置。

在这个翻转装置里面。所有的纸筒都会被调成同一个方向的，这就是所有桶装薯片的方向都和外包装统一的原因。

从这个地方出来以后，有一个滚烫的金属装置会把纸筒的边缘烫卷。

现在，纸筒还有一面没有封住，这是为装薯片而预留的。

所有的纸筒的底部被倒过来，等待薯片装入。

桶装薯片的配方一般是1份水兑2份薯片粉。对了，桶装薯片里其实还有玉米粉一类的成分，不仅仅是土豆。

搅拌好的面团被运输到螺旋喂送器这里，然后掉到下面的压片区域。

在这里，4吨重的压片机会把面团压成一张巨大而致密的土豆片。

模印机会在这张土豆片上切出椭圆形的薯片。

另外有一个装置把多余的土豆面饼扯掉，只留下薯片。

这个过程看起来莫名舒爽。

接着，薯片就被模印机拗出抛物柱面的形状。

然后，有了造型的薯片就在油炸机的热油里炸11秒。

一个吹风机会把薯片上面过多的油吹走。

然后呢，薯片就被撒上了一层调味粉。

所以问题就来了，粉只能撒一面对吧，所以薯片为什么两面都有调味粉呢？

这就要靠下面这步关键操作了。

在传送带的末端，薯片会被被风吹一下，接着翻个面，掉入下一个传送带。

这个步骤主要是为了把薯片做成薯形蜈蚣码放在一起。但因为这个翻身的操作，薯片的另一面也蘸上了后面排队的薯片身上的调味粉。所以有时候你觉得薯片一面的味道比较淡，你的感觉没有错哦。

接着，它们进入另一个码片传送带，被抖松。

被称重后，它们就被传送到纸筒前面。

薯片这样被推入横着的纸筒里。

还有一个机械手会推一推薯片，把它们挤进去。

最后再加个底，就这样，一桶薯片就做好了，总共花了20分钟。

对了，发明品客薯片制造机的人，是一个科幻小说家。

设计品客制造机器的人，叫做吉恩·沃尔夫（Gene Wolfe），他是一位星云奖获奖科幻小说家，刚好在今年4月份去世。他在成为科幻小说家之前，曾经做过机械工程师，也是在那个时候发明了品客薯片制造机。

最后再告诉你一件你肯定猜不到的事实——品客薯片，以前是宝洁公司的哦！就是那个做佳洁士、海飞丝的宝洁。

60年代的时候，宝洁公司委托化学家 Fredric Baur 和 Alexander Liepa 设计出了不容易碎的品客薯片。在2011年4月的时候，宝洁公司把品客薯片卖给了加州的戴蒙德食品公司（Diamond Foods）。

总之看完品客薯片的故事我们明白了一个道理，鞋拔子脸都是掉落凡间的天使，他们的双曲抛物面脸型一定是为了预防脸先着地时压扁变形。

图片非特别注明均来自网络。

为保护原创，参考资料储存于石墨：

https://shimo.im/docs/MROABNsxbEAnH4ev/ 

来源：把科学带回家
编辑：Major Tom
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