每天1個科學小知識，培養孩子的科學素養。
文 | 魔力科學小實驗，本文為原創，轉載請註明來源。
哈嘍小夥們，幾天不見，我想死你們啦！經過了一個元旦假期，大家心心念念的科學小實驗欄目又跟各位見面了。
感謝陪伴，感謝支持~~
新年伊始，該用一個什麼樣的實驗主題才配得上新年頭一個的稱號呢？斟酌再三，咱們今天安排一個以往從未涉及，但又經常在廚房能看著的東西來探究，最重要的是主題還賊高大上：
桿狀物質的級聯斷裂現象與彎曲震動波！
聽懂了嗎？沒懂那就對了。
一開始我也沒懂，我翻譯一下，咱們今天實驗主題探究的是：
一根義大利麵為何無法彎折斷成2節？？？
義大利麵吃了無數，但一根義大利麵無法斷成2節，你未必聽過，更沒試過。
其實這是一個正兒八經的科學發現。
理查德.費曼是美國著名的物理學家，他曾參與過『曼哈頓計劃』的原子彈研制工程，一生解決物理難題無數，是1965年的諾貝爾物理學獎得主。
然而有一次他在煮義大利麵的時候，意外的發現兩手分別捏住義大利面的兩端，彎曲到它斷裂，義大利麵始終不會斷成2節，而是3節、4節，甚至更多。
他將一整包義大利麵全部折斷，始終沒有一根是斷成2節的。
他很困惑，思考和研究了好多年，終究沒有得出結論。
直到2005年，一個法國的科研團隊在《物理評論快報》上發表論文，終於向世人揭示了義大利麵無法斷成2節的科學原理，並獲得了搞笑諾貝爾獎。
然而，令人唏噓的是，直到去世，費曼本人也沒能看到這篇論文的發表。
這背後究竟是什麼原理，竟然將一位堂堂的正牌諾貝爾物理學獎得主難住了？今天，我們站在前人的肩膀上，來探討其中隱含的科學奧秘《文章末尾附實驗視頻》
實驗目的
認識及理解彎曲震動波的存在
實驗材料
條狀義大利面若幹
操作步驟
1.用手指捏住義大利麵的兩端，往中間彎折。
2.用同樣的方法，嘗試從不同的角度彎折義大利麵。
現象及原理
通過上面的實驗我們發現：兩手捏住義大利麵兩端，無論是橫向還是豎向，往中間彎折直至義大利麵斷裂，義大利麵大概率會斷裂成3節，或者更多節。
橫向彎折演示：
豎向彎折演示：
當一根彎曲的義大利麵突然斷裂時，義大利麵兩端的曲率在很短的時間內(微秒級)迅速改變為零，激發彎曲震動波。
震動波局域性的增加義大利麵的曲率，當一個位置的曲率高於一定值後斷裂發生。
斷點位置的曲率迅速變化又激發新的震動波，導致更多的斷裂出現。
換言之，斷裂會引起回彈效應，從而產生了一種彎曲震動波，引發更多的斷裂，如同雪崩。
實驗示范視頻
BGM: Rafael Krux – Inspiring Teaser
拍攝/剪輯：科學奶爸
桿狀物質的級聯斷裂現象
一根義大利麵彎折無法斷裂成2節，而是3節、4節，甚至更多，隻能說義大利麵太倔強，太有個性。
以上動圖來源：http://news.mit.edu/2018/mit-mathematicians-solve-age-old-spaghetti-mystery-0813
實際上，難倒物理學家費曼的義大利面隻是桿狀《條狀》物質級聯斷裂現象的一種。
2012年奧運會撐桿跳的比賽現場就發生了類似的一幕：某國運動員撐桿跳的時候，桿子就不合時宜的斷成了三節，運動員在比賽現場『展示』了啥叫桿狀物質的級聯斷裂現象，我等吃瓜群眾是無法計算運動員心裡陰影面積的，隻能為運動員感到惋惜。
究其原因，當撐桿彎曲到某個臨界點，斷裂的瞬間，兩節撐桿會從彎曲的狀態快速反彈伸直，而由於慣性，它們又會進行反方向的彎曲，形成一種波浪式的震動。
於是乎，這根撐桿就會再次發生斷裂。
也就是說，最初的斷裂觸發了『回彈效應』和『彎曲震動波』，使得更多的斷裂出現。
而義大利麵隻是其中的一個代表，讓費曼碰巧趕上了。
義大利麵可以隻斷成2節嗎？
看似一個沙雕的問題，有科研人員卻真的研究過並親自試驗過，結果是：在滿足某些條件下，義大利麵也可以斷成2節！
2018年發表在美國科學院院刊PNAS上的一篇文章，來自麻省理工學院的科學家們做了個實驗，展示了如何控制義大利麵的斷裂，成功的將義大利麵折成兩段！
為了做這個實驗，科學家們特地制造了一個機械裝置。
這個裝置的兩端分別有一個夾子，可以固定義大利面的兩端。
裝置的一側可以旋轉，帶動義大利面的一端旋轉成不同的角度，另一側的夾子可以向前滑動，使義大利面彎曲。
他們用這個裝置試驗了幾百根面條，並用攝像機以每秒一百萬幀的速度記錄下實驗的過程。
實驗的結果是：當義大利面的一側扭曲到接近360°時《後有論文指出，扭曲至270°即可，待考證》，再緩慢彎曲、對折，義大利面就可以斷成兩節，而且對不同直徑的義大利面，其實驗的結果都是如此。
以上動圖來源：http://news.mit.edu/2018/mit-mathematicians-solve-age-old-spaghetti-mystery-0813
為什麼會這樣呢？研究人員又開展了進一步研究，他們發現彎曲一根義大利面時，回彈效應使得義大利面反復震動，從而產生了一種彎曲波，而扭轉也會產生一種扭轉波，扭轉波比彎曲波傳播的速度快，消耗了一部分能量，從而避免了義大利面的多次斷裂。
顯然，這個實驗對研究細圓桿狀物的穩定性非常有幫助。
可以預見：既然義大利面可以從斷裂成三節變為兩節，那麼在未來彎曲義大利面時，它也許會完全不斷裂。
換而言之，未來人們也許能找到一種新的材料，或者使用某種方法，使得細圓長條形狀的物體更加耐用。
看來，生活中處處有學問。
用心觀察，認真思考，科學就是這樣一步步前進的。
誰能想，一盤義大利面裡居然藏著這麼高深的理論呢？
今天的實驗就嘮到這裡了，咱們下期實驗再見，順帶說一句，拍完視頻折斷的義大利麵全部加工食用了，未造成浪費哦，還挺美味的~~
往期精彩原創實驗回顧：
魔力科學小實驗，在氣球上切肉絲，敢挑戰嗎？
魔力科學小實驗，指尖陀螺這樣玩，那是相當高級
溫馨提示：珍惜糧食，拒絕浪費！
我是一名理工碩士奶爸，愛生活、愛科學，陪娃做了400多個科學小實驗，全部收錄在公眾號【魔力科學小實驗】《ID：kexuebb》。
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資料參考：
1. Why Spaghetti Does Not Break in Half. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.95.095505
2. Controlling fracture cascades through twisting and quenching. https://doi.org/10.1073/pnas.1802831115
3. 魚刺.難倒費曼的義大利面：如何掰成兩段？