香蕉皮到底有多滑?有人借此拿下“诺贝尔奖”!
转自:科普中国
香蕉,这种外表鲜艳、口感软糯的水果,不仅因其丰富的营养价值而受到人们的喜爱,还因其独特的滑腻外皮而闻名。
当你剥开香蕉皮,那层薄薄的、光滑的内层便显露出来,它不仅使得香蕉更易于食用,还为这种水果增添了一份特殊的质感。
但你是否好奇过,为什么香蕉皮如此滑呢?这一现象的背后又能给人类带来哪些启发呢?
图库
版权图片,转载使用可能会引发版权纠纷
我们在日常生活中形容一个东西很滑的时候,经常会说:这东西跟踩到香蕉皮一样滑。然而,你是否想过香蕉皮到底有多滑呢?你也许会觉得这个问题很无聊,但还真有科学家正儿八经地做实验研究过,还借此拿下“诺贝尔奖”。
2014 年搞笑诺贝尔奖的物理学奖,便颁发给了日本北里大学(KitasatoUniversity)研究香蕉皮到底有多滑的马渕清资(KiyoshiMabuchi)、田中健诚(KenseiTanaka)、内岛大地(DaichiUchijima)和酒井利奈(RinaSakai)。
日本北里大学的马渕清资在 2014 搞笑诺贝尔奖上发表演讲,解释了香蕉皮为什么会这么滑。
马渕教授从事的其实是关节软骨的润滑机理和人工关节的研究。每当和其他人谈起自己的研究成果时,他和我们一样时常把一句话挂在嘴边:“这东西(关节)转起来跟踩到香蕉皮差不多滑。”
有一天,他忽然意识到一件事情,踩到香蕉皮到底有多滑?我这个例子用的到底对不对?这种好奇心和求知欲促使他尝试去寻找与踩香蕉皮有关的摩擦力文献数据。但根本没有人正儿八经地研究过踩到香蕉皮到底有多滑这件事情,于是,他决定自己研究。
为了最真实地还原踩香蕉皮意外滑倒的现场,他们专门设计了一套实验装置——在一块常见的地板材料制成的平板下,安装一台力传感器测量垂直方向和两个水平方向的受力情况,平板的上面则铺上一块精心准备好的香蕉皮。
然后让大鞋底子踩上去,测量了 60 组数据后,马渕教授发现,模拟条件下香蕉皮的摩擦系数仅有 0.066,这一数值远远低于正常情况下脚底和平坦地面间的摩擦,甚至比滑雪、滑冰时脚下的摩擦力还小,香蕉皮确实很滑。
马渕清资等人设计的实验装置
出于科学上的严谨,马渕清资等人将香蕉皮放在不同的地板材质(比如油毡和木板)上进行了多次测量。此外,他们还测量了新鲜香蕉皮正放和反放时的不同效果,并测量了干香蕉皮、不同厚度的苹果皮、柚子皮和橘子皮的摩擦系数。
他们的结论是,新鲜的香蕉皮内面朝下放在油毡上被人踩到时的摩擦系数最小,约为 0.07。这个数值甚至比抹了润滑油的金属板之间的摩擦系数还要低,只比滑雪板和雪地之间的摩擦系数大了那么一点点。而且,香蕉皮确实要比其他水果的果皮更容易让人滑倒。这究竟是为什么呢?
各种不同生物质表面的摩擦系数
这还得从香蕉皮的结构说起。通过电子显微镜,马渕教授观察到香蕉皮的内侧表层存在着很多的泡状细胞,其中充斥着大量的多糖类生物粘液。当受到挤压时,存有粘液的小泡会发生破裂,同时释放出粘液。这些粘液带来的润滑效果就是让你我摔成四脚朝天的罪魁祸首。
上 ab 分别为新鲜和被踩后的香蕉皮的显微结构,下 ab 为示意图
你也许会想,这样的研究又有什么实际意义呢?
除了用数据告诉我们香蕉皮确实很滑所以不要随便乱扔以外,这项研究已经在马渕清资本人的研究领域——人类的活动关节研究中得到了应用。我们能灵活行走其实离不开生物润滑,人体内最为神奇的润滑液莫过于关节液了。
关节液充满了整个关节腔,为关节活动提供润滑。人体关节需要在几十年间经常承受数百牛顿的压力,它们之所以可以长期保持良好的运转状态,这都是关节液的功劳。
在关节液的润滑下(当然也包括整个关节腔的独特构造),关节的摩擦系数仅仅是香蕉皮的十分之一左右,比滑冰和滑雪时的摩擦系数还要低上几倍。香蕉皮到底有多滑的研究,给科学家设计出更好的人工关节提供了灵感。
生活中常见的现象在科学家眼里也是一个值得研究的课题,我们不妨对周围的一切现象都保持好奇心,这也许就是推动科学进步的开始!