夹心饼干里居然藏了这么多流变学原理，你真的会“扭一扭”奥利奥吗？

撰文 比邻星

奥利奥110岁生日快乐！

奥利奥已经问世110年了 |Oreo官网

说起好吃的夹心饼干，奥利奥一定是个避不开的经典选项。从基础款奶油夹心，到混杂于甜品和圣代中的独特调味碎屑。不同颜色口味、印有不同花纹的奥利奥相继问世，最终都会走向同样的三部曲命运：

扭一扭，舔一舔，泡一泡。

奥利奥命名规则一览表 | 见水印

方法都听过，但你有没有想过，怎样才能算是完美的扭一扭？按照以上命名规则，我们在扭一扭之后可以得到一个“奥+1/2利”吗？听起来好像没有那么难，你不妨亲自一试。

我做不到，你呢？

奥利奥流变学，简称奥利奥学

来自美国麻省理工大学的一群物理学博士生，用一套严谨的流变学实验手段研究了奥利奥，研究成果发表于流体力学的权威期刊Physics of Fluids。他们统计实验数据后得出了一个冷酷的结论：你永远无法均匀掰开奥利奥。

所谓“流变学”，指的是流体的流动与变形。具体到奥利奥饼干，中间的夹心层即可以视作一种非牛顿流体。其实日常生活中的液体物质大多是非牛顿流体，比如番茄酱、蛋黄酱、牙膏、果冻、血液等等。

一种好吃的非牛顿流体 | pixabay

非牛顿流体指的是不服从牛顿粘性定律的流体，即剪切力与形变速率呈非线形关系。从性质来看，非牛顿流体常展现出“这也可以，那也可以”的反复横跳性质。比如不受外力时如液体般丝滑，受到外界压力时又可能变得坚硬，或者黏稠。

如果仍然难以理解，不妨想想猫咪。2017年，关于“猫是非牛顿流体”的研究荣获当年度搞笑诺贝尔奖。研究指出，猫的身体能做出各种造型，证明它是一种固体。

关于猫的一百种造型 | 参考资料[3]

同时猫还能严丝合缝地“流”入任何形状的容器，证明它是一种液体。综上，猫是一种介于固体和液体之间的非牛顿流体。

关于猫的一千种造型 | 参考资料[3]

而这次科学家发现，除了猫，奥利奥也会流变。当你扭动两片“奥”的时候，中间的夹心“利”会受到剪切力，发生流变。扭动的最终结果是“利”破裂。

研究者先用手工扭动的方式处理了一小包奥利奥。发现没有一块奥利奥夹心能被平均分开。有时还会出现饼干破碎等意外。

扭开奥利奥的几种结局 | 参考资料[1]

这么干太费手了，得到的数据也不科学。于是，他们把奥利奥夹在了实验室的流变仪上。流变仪由两个上下平行的同轴圆盘组成，下方圆片固定，上方的圆片则以恒定速率转动。将下层“奥”固定于下方圆盘，上层“奥”随着上方圆片转动，就可以用机器扭开奥利奥，同时还能记录下每次扭开所需的破坏应力。

用流变仪研究奥利奥 | 参考资料[1]

扭开一包奥利奥

不再需要手工操作，实验变得顺畅和标准化起来。除了有点费饼干，没什么毛病。

用这样的方式，研究者轻松扭开了一整包家庭装奥利奥，虽然还是没有一片奥利奥被均分。但数据结果有规律可循：靠近包装袋左侧的奥利奥，扭开后奶油更容易粘在右边的饼干上，靠近包装袋右侧的奥利奥则恰好相反。这意味着，奥利奥在包装袋中的位置会影响夹心和饼干的粘度，这可能与每块饼干所受的压力和温度条件有关。

整包奥利奥扭开后的结果可视化统计 | 参考资料[1]

那如果我们换一种口味的饼干，或者使用双层夹心的“奥利利奥”，结果会有不同吗？数据显示，无论是奶油、芝士还是巧克力，不同的夹心口味并不会影响破坏应力的大小。让夹心层增厚同样影响甚微。

但是这种金装奥利奥更脆弱，它们两侧的饼干容易裂开

唯一对破坏应力产生作用的是扭动时的快慢：小心翼翼扭动时，剪切力作用较小；如果扭动的角速度变大，所产生的剪切力也更大，这会对饼干带来更大的破坏。可能当饼干分离时，两边的“奥”已经碎了……

奥利奥完美分离计划失败，研究者推测这可能是由奥利奥的制作方式决定的。在流水线上，夹心先被涂抹到一个饼干，之后再在夹心上方盖上另一块饼干。短暂的时间差增加了夹心与第一块饼干的粘合度。不过，他们开始动起了其他脑筋。毕竟实验室流变仪太专业了，普通吃货难以拥有。为了方便更多奥利奥爱好者扭开奥利奥，它们自制了一台绿色环保、3D打印、不插电版——

制图：哆啦B梦

仪器中心是橡胶材质的卡口，刚好可以把奥利奥卡在上面。卡口旁是硬币槽，只需在其中一侧放入适当重量的硬币，该侧的卡板便会随着硬币下坠的过程而扭动，轻松扭开奥利奥饼干。

具体使用方式请戳下方视频：

视频 | 参考资料[1]

厨房里的流体

拥有科学热情的研究者们还真是什么无聊的研究都做啊！你别说，这个研究的确是他们在居家隔离期间闲得没事完成的。

闲上加闲的是，此篇文章刊登于Physics of Fluids一期特刊，主题为Kitchen Flows（厨房里的流体）。期刊编辑部号召广大流体力学研究者在无法前往实验室的日子里就地取材，寻找生活中的流体材料，展开力所能及的科学研究。

厨房里的流体征稿启事 | AIP网站截图

本期特刊共刊登26篇文章，选题除了扭开奥利奥，还涉及

烹饪意大利面的软度研究素香肠和肉香肠的机械力与摩擦力差异咖啡萃取工艺的流体动力模型温度变化与巧克力的流变行为如何快速分离法式油醋汁茶膜是如何形成的……

实验材料，请勿食用 | Physics of Fluids ; pixabay

听起来好好吃哦！受此启发，正在居家办公的小编也活学活用，用唾手可得的流变材料：奥利奥与猫，进行了一些无对照组无重复科学研究：

案例一：关于猫更喜欢奶油少的那片奥利奥的现象探究（特别提示，巧克力对猫咪有毒，不要让它们真的咬下奥利奥的奥！）

案例二：关于冷冻后的奥利奥难以扭开的实践报告

案例三：关于猫咪合适社交距离的摸索

这些研究除了有点费猫，没别的毛病……

封面来源：Physics of fluids

参考文献

1. Crystal E. Owens, Max R. Fan (范瑞), A. John Hart, and Gareth H. McKinley

, "On Oreology, the fracture and flow of “milk's favorite cookie®”", Physics of Fluids 34, 043107 (2022) https://doi.org/10.1063/5.0085362

2. https://news.mit.edu/2022/oreometer-cream-0419

3. M.A. Fardin On the rheology of cats https://www.drgoulu.com/wp-content/uploads/2017/09/Rheology-of-cats.pdf

4.https://aip.scitation.org/topic/special-collections/kf2021?SeriesKey=phf&pageSize=20&startPage=0

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