▶辣椒表面褶皺的形成原因
其實(shí)和人會(huì )衰老、面部產(chǎn)生皺紋一樣,植物因為各種各樣的原因,也會(huì )在表面產(chǎn)生褶皺。辣椒表面的褶皺便吸引了科學(xué)家們探索其中的奧秘。
辣椒因為干燥產(chǎn)生褶皺是日常生活中常見(jiàn)的現象,但是如果要細細分析為什么會(huì )產(chǎn)生這樣復雜的褶皺,并不是一件簡(jiǎn)單的事情。
近期,我國科學(xué)家利用數學(xué)物理等相關(guān)的知識,進(jìn)行了環(huán)形核殼結構物質(zhì)表面復雜形貌的演化實(shí)驗與一系列的理論計算來(lái)解釋辣椒表面褶皺的成因。
隨著(zhù)不斷的生長(cháng),很多辣椒長(cháng)成了彎曲的環(huán)形結構,再加上辣椒內部空心,研究者將辣椒歸類(lèi)為環(huán)形核殼結構物質(zhì)。
研究者表示辣椒表面的褶皺受到很多內在和外在因素的共同影響。而幾何結構是影響辣椒表面褶皺的重要物理因素。
在幾何結構中,環(huán)形核殼結構物質(zhì)的曲率是最典型的特征。環(huán)形結構包含著(zhù)變化的曲率,有正、負和零高斯曲率,這些變化的曲率會(huì )影響辣椒在生長(cháng)過(guò)程中形態(tài)的變化,進(jìn)而會(huì )誘導產(chǎn)生辣椒表面復雜的褶皺。
為了研究褶皺的成因,研究者采用了有限元的方法,將辣椒整體剝離為表層的殼單元與內部的軟芯單元。
由于在辣椒生長(cháng)過(guò)程中會(huì )發(fā)生脫水等行為,因此會(huì )導致辣椒表面和內部的力學(xué)性能不同,進(jìn)而產(chǎn)生結構的彎曲形變,發(fā)生表面層和基底的應變失配。在辣椒的環(huán)面結構中,曲率是不斷變化的,由此會(huì )導致辣椒整體的應力分布不均勻,進(jìn)而導致辣椒對稱(chēng)破壞?偨Y說(shuō)來(lái),就是辣椒內外受力不同,在內外結構的拉扯中,辣椒就漸漸改變了形狀。
我們到此就解決了辣椒為什么會(huì )隨著(zhù)干燥發(fā)生形變這個(gè)問(wèn)題,但是不同的辣椒,褶皺各不相同。要解決這個(gè)問(wèn)題,還得接著(zhù)分析辣椒的結構。
通過(guò)非線(xiàn)性環(huán)殼力學(xué)模型發(fā)現細長(cháng)的結構物體更容易在內環(huán)形成褶皺,而小孔的環(huán)形結構中褶皺更容易在外環(huán)形成。同時(shí),物體的硬度也會(huì )影響形貌。在較軟的環(huán)殼中,容易產(chǎn)生酒窩狀的凹陷形貌。在較硬的環(huán)殼中,更容易產(chǎn)生雙向條紋或螺旋狀的褶皺形貌。
這個(gè)研究結果不僅僅解決了辣椒褶皺的問(wèn)題,研究者構建的理論模型也適用于其他形狀略有不同的東西上,可以幫助預測物體在不同條件下形貌的變化,有助于指導基于褶皺形貌調控的產(chǎn)品形狀設計工作的開(kāi)展。
▶辣椒褶皺和辣度的關(guān)系
影響辣椒辣度的重要因素是辣椒中辣椒素的含量。辣椒素含量越高,辣椒越辣。辣椒的褶皺則和辣椒中的木質(zhì)素有關(guān),木質(zhì)素越高的辣椒越硬挺,褶皺越少,反之則發(fā)皺。
這么看來(lái),辣椒素決定辣度,木質(zhì)素決定褶皺,好像二者各司其職,互不影響?實(shí)際上,這兩者的合成過(guò)程中,還存在著(zhù)互相影響的關(guān)系。
辣椒素的合成過(guò)程中需要酚類(lèi)物質(zhì)。研究表明,辣椒中的過(guò)氧化物酶能將合成辣椒素的酚類(lèi)物質(zhì)氧化分解產(chǎn)生木質(zhì)素的合成?梢(jiàn),辣椒辣度和硬度是此消彼長(cháng)的關(guān)系。過(guò)氧化物酶的活性越低,木質(zhì)素的含量越低,辣椒褶皺越多,辣椒素的含量會(huì )更多,吃起來(lái)會(huì )更辣。原來(lái),看起來(lái)飽經(jīng)滄桑的辣椒,殺傷力可一點(diǎn)沒(méi)有削減。
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