学霸威武!西工大留法博士写论文解释"擀面的科学原理"

手擀面历史悠久,但擀面时为何要从周围擀起、为何要卷着擀、擀面翘边是什么原因,煮面时又为什么要加凉水?


大家都这样做,但究其原理可能很少人能讲清楚。近日,西工大一位留法博士写了一篇论文,回答了这些问题……

 

这篇留法博士写的名为《手擀面加工过程中的非线性力学及热力学原理》还在朋友圈里火了一把,文章点击量突破十万加。

 

一位西工大的教师在文章后留言:在西安之外吃面,大部分时候是后悔的。其根本的原因是西安人一般只吃现做的手工面。如果不是酷爱吃面又在西安有多年吃面的经历,估计根本不可能写出这篇文章。西工大的学生除了研究造飞机、造导弹、造鱼雷,还有此热情研究手擀面问题,国之幸也!

 

这篇论文,讲的是老陕熟悉的手擀面,将和面、擀面、煮面的全过程展示出来,从科学的角度回答了为什么要饧(xíng)面、为何要卷着擀、擀面翘边是什么原因,煮面时又为什么要加少量凉水。

 

>>和面

 

和面为啥要饧面?会使水分均匀扩散,面团塑性提升

文章里称,和好面后首先形成一个粗结构面团,还不能擀面,需经过约10分钟左右的时效成形(即“饧面”),面团塑性提升,面团很快就达到细光态,之所以会这样,是因为和面过程中,水和面粉混合,面粉中蛋白质吸水形成面筋,在揉面过程中面筋相互粘连最终形成粗结构面团。由于初始揉面过程中,水分并不是均匀分布的。经过时效处理后,水分得以均匀扩散,其塑性性能大幅度提升,从而使揉面变得十分容易,很快达到细光态。

 

>>擀面

 

原理:体积不变厚度减小平面扩展

 

从面团到面片包含着什么道理呢?文章里称,平面擀面法其塑性流动法则遵循体积不变假设,厚度的减小必然意味着平面的扩展。面片在擀面杖的压迫作用下,沿擀面方向延展,最终达到擀薄的目的。

 

为何要卷着擀面?文章图文分析,沿砧板法线方向对在某一擀面时刻的卷积面片作以分割,法线左侧已擀区厚度较薄,法线右侧未擀区厚度较厚;与平面擀面法类似,未擀区在法线方向接触区域内受压迫变薄,根据体积不变条件,材料向前延展,从而达到擀薄目的。由于卷积擀面法具有多层次擀面、多周期循环的优点,其擀面效率大为提高。

为啥面片边缘会翘起?弹性恢复导致面片边缘回弹

 

为什么擀面的过程中,面饼和面片的边缘会翘起?

回弹示意图

 

文章回答称,以平面擀面法为例,在擀面过程中,面片上表面在擀面杖作用下延展,延展后的上表面有弹性恢复的趋势,故在上表面会产生一个拉应力。在面片边缘区域,由于局部塑形流动,上表面的材料会补偿到下表面,从而导致下表面弹性收缩趋势远小于上表面。另外,上表面是自由面,下表面与砧板接触,面片与砧板间的摩擦力会进一步阻碍下表面的弹性恢复。由于上表面的弹性恢复,擀面后面片会产生回弹现象,即表现为边缘的翘曲。显然,面片越厚,上述效果越显著。

 

为啥面片中心最易擀薄?每次都处在主变形方向上

主变形方向及其在循环擀面过程中的变换
 

为何擀面时面片中心最容易擀薄?文章称,这是擀面过程中材料塑性流动的另一个必然结果。面片沿擀面杖擀进方向的塑性流动最大,即擀面杖擀进方向是面片的主变形方向。根据体积不变条件,延展越大,厚度减小越大。以平面擀面法为例,不论擀面方向如何变化,面片中心区域一直处在主变形方向上。显然,在同等的擀面条件下,面片中心厚度减小最大。为了改善这一现象,初始擀面过程中,往往遵循先边缘、后中心的原则,以便在中心地带形成高地,形似富士山,我们将其命名为“富士山擀面法”。在具体实践中,富士山擀面法已得到广泛应用。

 

>>煮面

 

为啥煮面时沸腾后要加冷水?有利于将面条煮熟

煮面过程中热交换介质示意图 来源:公众号“亚辉”


很多人煮面时沸腾后会加冷水,除了为了防止溢锅外,还有什么原因呢?文章介绍,煮面的实质是面条和环境介质发生热交换,从而使面条由生变熟,所以面条吸收热量的快慢则成为煮面的关键。热交换除了与温度有关外,还与不同介质间的传热效率有关。处在剧烈沸腾态时,大量气泡产生。沸水与气泡温度一致,然而,液体的传热效率远远大于气体(液体的热量密度远高于气体),剧烈沸腾状态下面条与水气混合介质的传热效率反而会降低。所以,此时少量添加冷水减缓沸腾程度有利于将面条尽快煮熟。但也不应该添加冷水过多,否则显著降低水温又会降低传热效率。正确的煮面方法应该为:旺火快煮,剧烈沸腾时应添加少量冷水,加水量以恰好减缓沸腾又不降低水温为宜。

 

张亚辉:写这篇论文只是为了幽默一把

 

论文的作者张亚辉,他本科和研究生就读于西北工业大学,专业为飞行器设计,三年前赴法国巴黎萨克雷大学攻读博士。

 

张亚辉说,在法留学吃西餐吃多了就会腻,于是他就自己学着做饭,晚饭和周末都自己做饭吃。张亚辉家在宝鸡,和所有老陕一样从小吃面长大,虽然在家里很少擀面,但看着妈妈擀面也学了几手。大约半年前,他开始自己擀面,刚开始和面擀面把握不好,后来经过多次练习,掌握了擀面的要领,“不敢说全法最正宗,全巴黎最正宗肯定是没问题的。”

 

“其实我本意是为了幽默一把,这些科学原理本科生都懂的。”张亚辉说,这篇文章严格意义上来说不算论文,只能算是一篇科普文章。

 

4月13日,张亚辉将这篇论文发到了自己的微信公众号上,截至15日,这篇文章的点击量已经突破十万加。而且很多人指出了文章的一些瑕疵。张亚辉说,有的问题并非他的专业领域,他不一定能回答上来,但是能获得这样的关注度他很高兴。

 

张亚辉说,科研圈很多人都在做类似的研究,有人分析怎么穿秋裤更利于保暖、有人研究女孩子跑步时马尾的摆动频率的力学原理,这种从日常题材入手,用专业的研究方法进行定量研究,价值在于科学研究方法。
 

学霸们每天都在想些啥?
 

对于很多人来说,学霸的世界一直是未知领域。

 

沉浸在科研中的他们都在想些什么?以下这些“神论文”可能会让你笑着跪下……

 

《八角茴香对卤鸡肉挥发性风味的影响极其作用机制》

这篇阐述八角茴香与卤鸡肉之间关系的论文长达8万字,是陕西师范大学的女博士孙灵霞的博士学位论文。孙灵霞表示,这篇论文是在研究传统的酱卤肉制品。

 

网友:“不愧是陕西吃饭大学,一道卤鸡都能研究的这么专业……”

 

《网络会话中“呵呵”的功能研究》

这篇硕士学位论文的指导导师认为,该篇论文从现代语言学上来说非常有意义,论实了“呵呵”用语在网络上表达的不同含义。


浙江大学、浙江工商大学、中国科学院组成的跨学科团队称,通过实验发现了“石头、剪刀、布”的制胜策略。

 

研究发现,在一定情况下,赢了会更多选择保留刚刚获胜的策略,输则更多按照“石头剪刀布”的名称顺序变动,而平的则按照“石头布剪刀”这样的反方向顺序变动。

 

这项此前被讥为“吃饱了撑的”研究,入选了“麻省理工学院科技评论2014年度最优”。
 

怎样才能抢微信红包,才能“手气最佳”?

 

说起有趣的学霸,不能不提清华大学化工系的“网红”博士——“毕导”毕啸天。

 

他给自己发了五千万个红包,发现最佳手气的概率在5个人抢的时候是依次递减的。

接着,又给自己发了两亿个红包,得出的结论:抢红包的人比较多的时候,越往后往往抢到手气最佳的概率越大。

怎么样科学地保暖

 

为思考这个问题,毕导建立了传热学的模型。

经过计算发现,当你把秋衣穿在外面,把风衣穿在里面的时候,你的散热功率比“秋衣在内风衣在外”的穿法小了整整2W。

所以,科学的穿法是:秋衣外穿……

薯片掉在地上还能不能吃?

 

毕导画了一张Matlab的图,模拟了一个薯片掉在地上的样子。

 

一个弧面掉在一个平面上面,是一个相切接触,即两个面其实是相交于一条线。

一个薯片掉在地上脏了吗?脏了。脏了多少呢?脏了一根线。一根线的面积是多少呢?等于零。所以没脏。

 

反过来掉也没有关系,就算你直立地插在地上,它的相接就会变成从两个点到一个点。

一条线、两个点、一个点,它面积都是零。这叫相切可吃定理。也就是说对于薯片这样子的东西,不管怎么样,都是可以吃的。

 

怎么样,你笑出眼泪了没?不得不说,学霸们对日常生活的观察还是认真的非常可爱的。

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