香蕉皮到底有多滑？

你有踩到香蕉皮滑倒的經(jīng)歷嗎？不只是香蕉皮，西瓜皮、蘋果皮、“蔥鼻涕”“白菜屁股”等廚余垃圾都容易讓人打滑。這些廚余垃圾為什么會(huì)讓人打滑？這些現(xiàn)象能給人類帶來(lái)哪些啟發(fā)呢？

到底有多滑

還真有科學(xué)家正兒八經(jīng)地做實(shí)驗(yàn)研究過(guò)。日本科學(xué)家，北里大學(xué)醫(yī)療衛(wèi)生學(xué)部馬瀏清資教授憑借測(cè)定香蕉皮摩擦系數(shù)并揭示其潤(rùn)滑原理而拿下2014年搞笑諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

馬瀏教授從事的其實(shí)是關(guān)節(jié)軟骨的潤(rùn)滑機(jī)理和人工關(guān)節(jié)的研究。和其他人談起自己的研究成果時(shí)，有句話他時(shí)常掛在嘴邊：“這東西（關(guān)節(jié)）轉(zhuǎn)起來(lái)跟踩到香蕉皮差不多滑。”有一天，他忽然意識(shí)到一件事情，踩到香蕉皮到底有多滑？我這個(gè)例子用的到底對(duì)不對(duì)？

好奇心和求知欲促使他嘗試去尋找與踩香蕉皮有關(guān)的摩擦力文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。但根本沒(méi)有人正兒八經(jīng)地研究過(guò)踩到香蕉皮到底有多滑這件事情，于是，他決定自己研究。

最開始，馬瀏教授想直接利用斜面來(lái)測(cè)出香蕉皮的摩擦系數(shù)。他把香蕉放到一個(gè)斜面上，不斷加大斜面的傾斜角度。最終發(fā)現(xiàn)，斜面傾角超過(guò)45度，香蕉才能在斜面上滑動(dòng)，這樣換算之后能得出靜態(tài)的香蕉摩擦系數(shù)大約為1.2。這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鞋底和平坦地面間的摩擦系數(shù)，0.4（摩擦系數(shù)值越小，表明越滑）。香蕉皮還能防滑？這一結(jié)論顯然有違生活常識(shí)，靜態(tài)的香蕉皮完全不能體現(xiàn)它的真實(shí)光滑程度。

所以，馬瀏教授決定，用實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量人工關(guān)節(jié)潤(rùn)滑程度的專用設(shè)備，模擬人踩到香蕉皮的情況，來(lái)測(cè)香蕉皮的摩擦系數(shù)。

測(cè)量了60組數(shù)據(jù)后，馬瀏教授發(fā)現(xiàn)，模擬條件下香蕉皮的摩擦系數(shù)僅有0.066，這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常情況下腳底和平坦地面間的摩擦，甚至比滑雪、滑冰時(shí)腳下的摩擦力還小，香蕉皮確實(shí)很滑。

除了香蕉皮，馬瀏教授還測(cè)試了多種生物質(zhì)的摩擦系數(shù)，包括蘋果皮和橘子皮，它們的摩擦系數(shù)分別是0.1和0.2左右。

從安全工學(xué)的角度而言，在摩擦系數(shù)低于0.1的表面上，有90%的幾率會(huì)發(fā)生打滑。也就是說(shuō)，踩到香蕉皮甚至蘋果皮后腳底打滑的概率都超過(guò)了九成。

為什么這么滑

這得從香蕉皮的結(jié)構(gòu)說(shuō)起。通過(guò)電子顯微鏡，馬瀏教授觀察到香蕉皮的內(nèi)側(cè)表層存在著很多的泡狀細(xì)胞，其中充斥著大量的多糖類生物粘液。當(dāng)受到擠壓時(shí)，存有粘液的小泡會(huì)發(fā)生破裂，同時(shí)釋放出粘液。這些粘液帶來(lái)的潤(rùn)滑效果就是讓你我摔成四腳朝天的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

生物質(zhì)潤(rùn)滑依賴粘液是非常普遍的情況。生物質(zhì)粘液的成分較為復(fù)雜，不過(guò)總體上來(lái)說(shuō)，水果的粘液主要由多糖一類大分子溶于細(xì)胞液后所形成。多糖較長(zhǎng)的碳鏈讓它們?cè)谖⒂^上形成復(fù)雜的三維高分子網(wǎng)絡(luò)，從而獲得較高的粘度。

也許你會(huì)有這樣的疑問(wèn)，粘度高的流體不容易流動(dòng)，這不是恰好說(shuō)明它們內(nèi)部存在較大的摩擦么？為什么粘液還能起到潤(rùn)滑效果呢？

這是因?yàn)樵谝话愕墓腆w接觸摩擦中，實(shí)際上并非是整個(gè)面積都發(fā)生接觸，而僅僅是表面突起的部分間發(fā)生摩擦。如果此時(shí)在固體表面間引入液體形成液膜，就能盡量減少直接的固體接觸。

而粘液之所以比一般清液潤(rùn)滑效果好，是因?yàn)檎骋狠^高的粘度和內(nèi)摩擦讓它們?cè)谑軌簳r(shí)更難被排除出接觸面，從而擁有更大的潤(rùn)滑液膜厚度和潤(rùn)滑面比例。

不過(guò)，一旦將這些生物質(zhì)完全脫水，它們的潤(rùn)滑效力就會(huì)消失。

你可能不知道，你的關(guān)節(jié)比香蕉皮滑多了

香蕉皮、蘋果皮等生物質(zhì)潤(rùn)滑只是在生活中給我們?cè)斐梢恍┬÷闊谝恍﹫?chǎng)景中，生物質(zhì)潤(rùn)滑卻能造成重大損失。

日本中部山區(qū)的一些地方每隔8年都會(huì)出現(xiàn)一次馬陸（也稱千足蟲）大爆發(fā)。因?yàn)檫@種馬陸的生命周期為8年，第8年正好是坡時(shí)會(huì)完全陷于空轉(zhuǎn)。

當(dāng)?shù)氐牧熊嚥坏貌辉陂L(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月的馬陸繁殖期內(nèi)中斷運(yùn)營(yíng)。這種馬陸也因此而獲得了“火車馬陸”的俗名。

另一個(gè)方面，我們能靈活行走其實(shí)離不開生物潤(rùn)滑。人體內(nèi)最為神奇的潤(rùn)滑液莫過(guò)于關(guān)節(jié)液了。關(guān)節(jié)液充滿了整個(gè)關(guān)節(jié)腔，為關(guān)節(jié)活動(dòng)提供潤(rùn)滑。人體關(guān)節(jié)需要在幾十年間經(jīng)常承受數(shù)百牛頓的壓力，它們之所以可以長(zhǎng)期保持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，這都是關(guān)節(jié)液的功勞。在關(guān)節(jié)液的潤(rùn)滑下（當(dāng)然也包括整個(gè)關(guān)節(jié)腔的獨(dú)特它們從土壤中鉆出進(jìn)行交配的時(shí)節(jié)。馬陸大爆發(fā)極為壯觀，一平方米范圍內(nèi)的馬陸可以達(dá)到上百條之巨。馬陸給當(dāng)?shù)貛?lái)的最大困擾莫過(guò)于當(dāng)它們大量發(fā)生于鐵道上的時(shí)候。

當(dāng)?shù)厥巧絽^(qū)，鐵軌存在一定的坡度，一旦大量馬陸堆積，列車就會(huì)因?yàn)槟胨轳R陸后產(chǎn)生的粘液而打滑，嚴(yán)重時(shí)列車車輪在上構(gòu)造），關(guān)節(jié)的摩擦系數(shù)僅僅是香蕉皮的十分之一左右，比滑冰和滑雪時(shí)的摩擦系數(shù)還要低上幾倍。

關(guān)節(jié)液中含有大量的玻尿酸，這也是一種具有潤(rùn)滑性質(zhì)的生物大分子。除了多糖和玻尿酸，生物體中還有很多種生物大分子的水溶液，比如蛋白質(zhì)和核酸同樣可以形成具有潤(rùn)滑效果的粘液。從這個(gè)意義上講，一切生物有機(jī)體在某種條件下都會(huì)很“滑”。

（編輯/任偉）