▶辣椒表面褶(zhe)皺的形成(cheng)原因
其實和(he)人(ren)會衰老(lao)、面(mian)部(bu)產生皺紋(wen)一樣(yang)(yang),植(zhi)物因(yin)為各種各樣(yang)(yang)的(de)(de)原因(yin),也會在表面(mian)產生褶(zhe)皺。辣椒(jiao)表面(mian)的(de)(de)褶(zhe)皺便吸引了科(ke)學家們探索其中的(de)(de)奧秘。
辣椒因為干燥產(chan)生褶(zhe)皺是(shi)日常生活中常見的現象,但是(shi)如果要細細分析(xi)為什么會產(chan)生這(zhe)樣復雜的褶(zhe)皺,并不是(shi)一(yi)件簡單的事情(qing)。
近期(qi),我國科(ke)學(xue)家利(li)用數(shu)學(xue)物(wu)理等相(xiang)關的(de)(de)知識,進行了(le)環(huan)形核殼(ke)結構(gou)物(wu)質表(biao)面(mian)復雜形貌的(de)(de)演化實(shi)驗(yan)與一系列的(de)(de)理論(lun)計算(suan)來(lai)解(jie)釋辣椒表(biao)面(mian)褶皺(zhou)的(de)(de)成(cheng)因。
隨著不斷(duan)的生(sheng)長,很(hen)多辣椒(jiao)長成了彎曲的環形(xing)結構,再(zai)加(jia)上辣椒(jiao)內部空(kong)心,研究(jiu)者將辣椒(jiao)歸類為環形(xing)核殼結構物質。
研究者表(biao)示辣椒(jiao)表(biao)面的褶皺受到很(hen)多內在和外在因素的共同影響(xiang)。而(er)幾何結(jie)構(gou)是影響(xiang)辣椒(jiao)表(biao)面褶皺的重要物理(li)因素。
在(zai)幾何結(jie)(jie)構中(zhong),環形核殼結(jie)(jie)構物(wu)質的曲(qu)(qu)率(lv)是最(zui)典型的特(te)征(zheng)。環形結(jie)(jie)構包(bao)含著變化(hua)的曲(qu)(qu)率(lv),有正(zheng)、負(fu)和零高斯(si)曲(qu)(qu)率(lv),這(zhe)些(xie)變化(hua)的曲(qu)(qu)率(lv)會影響(xiang)辣(la)(la)椒在(zai)生(sheng)長(chang)過程中(zhong)形態的變化(hua),進而會誘導產生(sheng)辣(la)(la)椒表面(mian)復(fu)雜的褶皺。
為了(le)研究褶皺的(de)成因,研究者采用了(le)有限元(yuan)的(de)方法,將辣(la)椒整(zheng)體剝離(li)為表層的(de)殼單(dan)元(yuan)與內部的(de)軟芯單(dan)元(yuan)。
由(you)于在(zai)辣椒(jiao)生長過程中會(hui)發生脫水等行為,因此會(hui)導(dao)致(zhi)辣椒(jiao)表面(mian)(mian)(mian)和內部的力(li)(li)學性能不同(tong),進(jin)而(er)(er)產(chan)生結(jie)構的彎曲形(xing)變(bian),發生表面(mian)(mian)(mian)層和基底的應變(bian)失配。在(zai)辣椒(jiao)的環(huan)面(mian)(mian)(mian)結(jie)構中,曲率是不斷變(bian)化的,由(you)此會(hui)導(dao)致(zhi)辣椒(jiao)整體(ti)的應力(li)(li)分布不均勻,進(jin)而(er)(er)導(dao)致(zhi)辣椒(jiao)對稱破壞。總結(jie)說來,就是辣椒(jiao)內外(wai)(wai)受力(li)(li)不同(tong),在(zai)內外(wai)(wai)結(jie)構的拉扯中,辣椒(jiao)就漸漸改變(bian)了形(xing)狀。
我們到此就解決了辣(la)椒(jiao)為什么會隨著(zhu)干燥發生形變這(zhe)個(ge)問題,但(dan)是不同的辣(la)椒(jiao),褶皺(zhou)各不相同。要(yao)解決這(zhe)個(ge)問題,還(huan)得(de)接著(zhu)分析辣(la)椒(jiao)的結構。
通過(guo)非線(xian)性環(huan)殼力學(xue)模型發現細長(chang)的(de)結構物體(ti)更容易在(zai)內(nei)環(huan)形成褶皺(zhou)(zhou),而小(xiao)孔的(de)環(huan)形結構中(zhong)褶皺(zhou)(zhou)更容易在(zai)外環(huan)形成。同時,物體(ti)的(de)硬(ying)(ying)度也會影響(xiang)形貌。在(zai)較(jiao)軟(ruan)的(de)環(huan)殼中(zhong),容易產生酒窩狀的(de)凹陷形貌。在(zai)較(jiao)硬(ying)(ying)的(de)環(huan)殼中(zhong),更容易產生雙(shuang)向條紋或螺旋狀的(de)褶皺(zhou)(zhou)形貌。
這個(ge)研(yan)究(jiu)結(jie)果不僅僅解決了辣椒褶皺的(de)(de)問(wen)題,研(yan)究(jiu)者(zhe)構建的(de)(de)理論模型也適用于其他形狀略有(you)不同的(de)(de)東西上(shang),可(ke)以幫(bang)助(zhu)預測物體在不同條(tiao)件下形貌(mao)的(de)(de)變化,有(you)助(zhu)于指(zhi)導(dao)基于褶皺形貌(mao)調控(kong)的(de)(de)產品形狀設計工(gong)作的(de)(de)開展。
▶辣椒褶(zhe)皺和辣度的關系
影響辣椒辣度的重要(yao)因(yin)素(su)(su)是辣椒中(zhong)辣椒素(su)(su)的含量。辣椒素(su)(su)含量越高,辣椒越辣。辣椒的褶皺則(ze)和(he)辣椒中(zhong)的木質(zhi)素(su)(su)有關,木質(zhi)素(su)(su)越高的辣椒越硬(ying)挺,褶皺越少(shao),反之(zhi)則(ze)發皺。
這么(me)看來,辣椒素決定辣度,木質素決定褶皺,好(hao)像二者(zhe)各司其職(zhi),互不影響?實際上,這兩者(zhe)的合成過程中,還(huan)存在著互相影響的關(guan)系(xi)。
辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)素(su)的(de)合成過程中需要酚類物(wu)質(zhi)(zhi)。研究(jiu)表明,辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)中的(de)過氧化物(wu)酶能將合成辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)素(su)的(de)酚類物(wu)質(zhi)(zhi)氧化分解(jie)產生木質(zhi)(zhi)素(su)的(de)合成。可見,辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)辣(la)(la)度和(he)硬度是此消彼長(chang)的(de)關(guan)系。過氧化物(wu)酶的(de)活性越(yue)(yue)低,木質(zhi)(zhi)素(su)的(de)含(han)量(liang)越(yue)(yue)低,辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)褶(zhe)皺越(yue)(yue)多,辣(la)(la)椒(jiao)(jiao)素(su)的(de)含(han)量(liang)會(hui)更(geng)多,吃起(qi)來會(hui)更(geng)辣(la)(la)。原來,看起(qi)來飽經滄桑的(de)辣(la)(la)椒(jiao)(jiao),殺(sha)傷力可一(yi)點沒(mei)有(you)削減。
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