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給孩子最好的科學教育


相信你一定做過這件無聊的事——在嗯不出來的時候撕廁紙。

好吧,不要問我怎么知道的。總之你會發現,廁紙,還有練習冊啊什么的紙張通常從一個方向比較好撕,從另一個方向撕就會歪歪扭扭的。

這是為什么呢?




關鍵概念


各向異性



材料和操作


幾張一樣的普通的紙


幾張廁紙


如果你家有宣紙,就更好了


夾子





我們的實驗過程很簡單,


把2張紙疊在一起,用夾子夾起來,然后像這樣拿著,你會發現,下面的紙和上面的紙好像“吸”在了一起,不會分開。



但是,如果你把兩張紙倒轉試一下,就會發現,下面的紙掉下去了…掉下去了…下去了…去了…



如果你覺得這是夾的位置有問題,你可以換一個角度夾這兩張紙,也可以換其他的紙試一試。



你會發現,當某面朝上時,兩張紙會吸在一起,但是另一面朝上時,兩張紙就會散開。


這太神奇了,究竟是為什么捏?



原理


這個現象很神奇,但也很容易被人忽略。第一次接觸的話,不少人會以為,這是紙帶有靜電,導致同性相斥,異性相吸的結果。其實不然。


劍橋大學三一學堂數學研究的主持人時枝正(Tadashi Tokieda)解釋道,實際上,紙頭出現上面這種奇怪的現象,是因為工業制造的紙張屬于各向異性(anisotropic)的材料。



啥意思呢?各向異性是說普通的紙頭在不同方向上的性質是不一樣的。


舉個例子。你把你家的紙像這樣折,折2份。然后交錯著疊起來。



看到沒有?一個方向朝上的時候,下面的紙能托住上面的,但是翻過來以后,它倆就分開了。



其實,機器制造的紙在微觀上也有這樣微小的類似折痕的紋路,它們叫做紙紋(grain),而造成這種紙紋的原因,是因為在機器造紙的過程中,纖維素會沿著紙漿鋪展的方向排齊。



因此機器制造的紙張具有各向異性,它們在某個方向比較好折,也比較好撕。這也是廁紙從一個方向上比較好撕的原因。廠商也故意讓廁紙的紙紋和撕的方向不一致,這樣你就只能沿著事先打好的洞撕廁紙了。


而且,當各向異性的機器造紙變潮濕的時候,不同方向上的膨脹程度也不一樣,所以一張機器造的正方形紙頭濕了以后,就會變成長方形的。


紙紋的方向(紅色)


所以,不管是卷紙還是一大張紙,只要是機器造的紙,就會像上面這樣的瓦楞紙一樣,在一個方向上互相“吸引”,在反方向上“排斥”。



話說回來,因為紙的各向異性,印刷廠在裝訂書籍的時候就要充分考慮到紙紋的走向。


大廠生產的紙張是長紋(long grain),也就是說纖維素的走向和長邊平行。一些紙張是短紋(short grain),也就是說纖維素的走向和短邊平行。


很多廠商會在紙的規格下方標注下劃線,以此突出紙紋所在的邊,如 10×15 就表示紙紋和10那個短邊平行。


一般來說,書脊的方向和紙紋的方向是一致的。如果不調配好每張紙的相對方向,很有可能一本書就會吸住,很難打開來。神奇吧。



書法家和水墨畫家也知道工業紙紋的弊端,他們明白這樣的紙張在運筆時不太流暢,不如手工制造的宣紙好用。



這是因為,傳統工藝制造的紙張的纖維走向是凌亂的,并不具有各向異性,而是各向同性的。換句話說,傳統紙張從任何方向上的性質都差不多,兩張傳統紙張疊在一起,就不會出現上面這種相斥相吸的情景。


對了,不知道你有沒有發現,如果紙紋和擦PP的方向垂直,PP可以擦得更干凈哦!如果紙紋的方向和擦PP的方向一樣,那么PP的干凈程度就要打折了。


這是因為,紙紋方向的高斯曲率非零,很難彎折(扇子很難掰彎,但是可以折起來就是這個道理)。但是,把紙紋橫過來擦,就能完美貼合臀部啦。



對了!趕緊告訴問你借紙的隔壁小伙伴吧!










這個方向的廁紙擦屁股才干凈,你一直以來擦對了嗎?

圖文簡介

沒想到你是這樣的廁紙