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哎哟我去,踩乐高怎么这么疼?

楼主:科学松鼠会 时间:2020-10-17 16:33:25


毕业于北京大学药学院,却没有选择走进实验室和药房。2009年开始科学写作,擅长挖掘日常生活所见中的科学与选题。善于与谣言作斗争,目前执掌科学人“谣言粉碎机”,是果壳网第三代“谣言粉碎娘”。拥有个人公众号"酷炫科学"。

窗敲雨


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乐高积木大概是全世界最受欢迎的玩具之一,不过它所带来的回忆却不总是美好的。如果你也曾不小心光脚踩上过那些散落在地上的乐高积木块,你一定很难忘记这种刻骨铭心的感觉。在网络上,我们也很容易找到那些被乐高虐待过的脚丫们的哀嚎:

在网络上,我们也很容易找到那些被乐高虐待过的脚丫们的哀嚎。

图片来源: knowyourmeme.com

 

乐高踩起来是如此之疼,“祝你踩上乐高”甚至都成了一句可怕的诅咒。小小的塑料玩具积木为什么会有如此杀伤力呢?

 

“我希望你黑咕隆咚一脚踩上乐高,是光脚踩!”

图片来源:memegenerator.net

 

一般性的解释

对于这种疼痛,我们当然可以找出不少普遍适用的解释:

首先,和手指一样,脚底也是对触觉和痛觉比较敏感的部位,这对我们感知危险是很有帮助的。如果双脚感受不到疼痛,那情况才会更糟糕:一些糖尿病患者因为神经病变就会对脚上的痛觉感觉非常迟钝,他们很容易受伤和感染,但却无法及时察觉,有时候病变甚至会发展到不得不截肢的程度。

其次,你把自己的体重(甚至还要加上走路时蹬地的额外作用力)都压在脚底下乐高积木小小的面积上,由此产生的压强肯定很要命。不考虑凸起的话,2*2的乐高积木上表面积约有2.5平方厘米,体重60千克的人压上去就能产生2352千帕的压强

当然,形状也很重要,如果你再算上凸起和分明的棱角,伤害值也就变得更高了。

 

为什么乐高是特别的?


当然,以上解释对一切可能和脚底产生亲密接触的小物体都适用。那么,为什么人们总是更多地抱怨他们踩到乐高的悲惨经历呢?相比其他小东西,乐高积木有什么特别之处吗?还真有。

当然,乐高玩具比较容易在地板上出没,这肯定也是一个因素。不过,我们这里所说的是乐高积木自身的特性。简单来说,相比其他很多可能会被踩到的日常物品,乐高积木的结实程度可以算得上出类拔萃。它很硬,就算你整个人踩上去,那些牢固的结构和锋利的棱角也不会发生什么形变,它们依然会直击你的脚心。

乍一看,乐高积木似乎只是普通的塑料小块,但这些塑料零件可拥有了不起的精准度:它们彼此能够精确契合,既不能太紧,也不能太松。据说,这些小砖块的尺寸误差可以低至0.002 毫米。而要想让塑料小零件拥有这样精确的尺寸,生产工艺和选择什么样的材料来做都大有学问。

乐高积木的生产过程其实很简单,只需使用一种叫“注塑机”的加工设备,将塑料加热熔融成可以流动的熔体,然后快速注入金属模具中,冷却之后就可以得到一块乐高积木了。

一个已经退役的乐高注塑模具。

图片来源:Zane Thorn

 

那么,乐高积木用的是什么材料呢?从1963年开始,乐高公司就用一种叫做“ABS”的塑料替代初代版本的材料(醋酸纤维素)来制作这些拼插玩具了。ABS是现在世界上最常用的五大通用塑料之一,它的化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,是利用丙烯腈(Acrylonitrile)、1,3-丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三种单体分子共聚而成的(目前工艺中也有部分ABS为共混型的)。共聚是制造高分子材料的一种常用方法,它的好处是,可以针对材料的不同性能需求选用不同的单体进行共聚,从而得到更加符合人们需求的材料。

ABS塑料颗粒,和生产它所用的三种单体分子。

图片来源:wikipedia

 

为什么选ABS?这是因为,ABS的材料特性正好可以满足制作乐高积木的全部要求。ABS是注塑工艺的绝佳搭档,其中的苯乙烯结构在受热熔融时可以为材料带来较低的粘度,为注塑生产提供充足的流动性;丁二烯结构的存在会为材料带来良好的韧性和抗冲击性能,特别是在低温下,塑料也不会变得很脆;而丙烯腈中的氰基具有超强的吸电子能力,形成的高分子链段具有很强的极性,链段运动能力变差,表现在宏观性能上就是材料的超高硬度和良好的强度。由这三种性能迥异的原料共聚而成的ABS,同时具备三者的优点,并且很难结晶,它在模具中冷却时不会产生太大的收缩,因此它的尺寸稳定性也很好,做出来的小零件可以保持尺寸高度一致,这一点对拼插玩具而言尤其重要。

明白了ABS的性质,它给人们带来的痛楚其实也就不难理解了。疼痛来自局部的压强,而造成巨大压强的因素无非有两点:其一是尖,其二是硬。在注塑过程中,尺寸稳定性好的ABS很好地继承了乐高模具清晰分明的棱角,因此它的边缘自然也比较“尖”。ABS的表面硬度很高,它可以达到邵氏硬度的100度(这是用这种方法测量的最高级别了),超硬型的ABS甚至可以算是塑料中最硬的种类。不仅如此,这些塑料积木块的强度也很惊人。人们曾专门做过实验,结果发现,2*2的普通乐高砖块在被压垮之前平均可以承受多达4240牛顿的力,这相当于432千克物体的重量

在四千多牛顿的压力之下终于垮塌的乐高积木。

图片来源:Open University

 

理论上说,如果把这样的小砖块一个个叠起来,直到最下面的砖块被压垮为止,那么将可以搭起3.5千米高的一座“塔。当然,这样的结构实际上很不稳定,不过如果在每一层上多用点砖块加固,搭起三十多米的乐高塔还是完全没问题的。相比之下,一个人的体重实在是算不了什么。就算你整个人站上去,那些棱角分明的坚硬结构也根本不会垮掉。

目前世界上最高的乐高塔,高35.05米,共使用了大约55万块乐高积木。

图片来源:guinnessworldrecords.com

 

总的来说,踩到乐高积木的疼痛大概就是人类敏感的神经,与性能优异的高分子材料之间产生的一点小意外。这样的经历肯定不会让人愉快,不过我们从中也可以得到一个好消息:你心爱的乐高积木是如此结实,以至于你根本不用担心自己把它们踩坏了……

作者:窗敲雨

编辑:Ent

排版:红色皇后

题图来源:lego.com

末尾图来源:pinterest

参考文献:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Lego

  2. http://www.bbc.com/news/magazine-20578627


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