巧克力棒上的巧妙凹槽——《华尔街日报》

插图：托马斯·瓦伦塔物理学家海伦·切尔斯基探讨日常现象背后的复杂科学。阅读更多专栏请点击此处。

我们生活在一个崇尚力量、隐藏弱点的世界，软弱常被视为不便或尴尬。但某天，一块巧克力让我意识到：从力学角度看，二者缺一不可。我酷爱巧克力，尤其是黑巧，但会控制每日食用量（“适量"可根据当日压力灵活调整）。真正有趣的并非巧克力方块本身，而是造就方块的秘密——凹槽。

巧克力是由可可固形物、可可脂、糖分（通常还有牛奶）组成的精妙混合物。其精妙之处在于室温下保持固态，入口即化——这归功于可可脂34-38℃的熔点，完美兼顾两种特性。我们需要巧克力在多数情况下保持固态以便运输，但将整板固体掰成小块可能很随机。弯曲整板需要很大力量，而隐藏的气泡或坚果等不规则结构会导致断裂位置难以预测。因此制造商用凹槽主动制造可见的"弱点”。

想象一下，你有一大块未拆封的巧克力棒，想把它掰成两半。你可能会将凹槽面朝外，用手指将两端向自己方向拉，同时用拇指将中间部分向外推。这样操作时，巧克力棒会向外弯曲，使背对你的那一面拉伸，而靠近你的一面则被压缩。

但这些凹槽不仅仅是巧克力棒较薄的部分——它们是U形或V形的，当U或V的顶部被向外拉伸时，所有的应力都集中在凹槽的谷底。凹槽越尖锐（越接近V形），该点的应力集中就越高。因此，巧克力棒会在谷底断裂，而你无需花费太多力气就能实现。V形设计是一种工程上的弱点，既便于掰断巧克力棒，又能控制断裂的位置。

巧克力会以脆性方式断裂，这意味着它不会像果冻那样缓慢变形并撕裂，而是会以极快的速度裂开一条缝隙。这就是为什么会有那种令人满足的“咔嚓”声。裂缝移动得越快，声音就越响亮。黑巧克力中可可固体的比例更高，因此更坚硬、更脆，声音也更大。但如果没有这些凹槽，你需要花更大的力气才能掰断这么坚硬的东西。

如果世界上充满了没有弱点的机械强度极高的物体，我们将一事无成。如果没有那个小小的切口引入关键弱点，我们就无法打开塑料小袋。如果不是糖果包装纸上的锯齿（许多小V形），我们就无法撕开包装。卫生纸、笔记本和垃圾袋上的穿孔也是如此。而工程上的弱点正是汽车吸能区的工作原理——它们确保汽车在远离车内人员的位置弯曲、断裂并吸收碰撞能量。

因此，我要为机械的弱点欢呼，因为它们让我们得以掌控优势。让我们同时欣赏两者，而我推荐用一块（或三块）巧克力来完美庆祝这个机械世界。