薯片掉地上还能不能吃？我正式推翻了清华博士的“相切可吃理论”！

先放视频！视频后面是图文版本！

薯片掉地上还能不能吃呢？你可能听说过一个非常荒谬的相切可吃理论，它是在2017年一个清华博士的演讲视频[1]中火起来的，当时还上过热搜。

太傻逼了，在我看来，他的物理只有小学二年级的水平。我们建个模观察一下薯片掉地上的样子

让我们以学术研究的视角重新审视一个薯片。薯片主要有两种形状：乐事的圆弧形，还有品客的双曲抛物面形，又叫马鞍形。很容易就可以写出它们的 方程。

弧面本质上是柱面的一部分，它是柱面被椭圆面截的产物。被椭圆截也就是规定了它的定义域而已，非常简单。
双曲抛物面是形如x^2/a^2-y^2/b^2=z的二次曲面。用z=z0平面切割会得到双曲线，用x=x0或y=y0切割会得到抛物线。

图.柱面和双曲抛物面示意图

从力学的角度讲，圆弧形薯片受力时可能沿等应力线裂成两半。马鞍形薯片就十分优秀，这是因为它在两个垂直方向上都更耐压。

所以马鞍形的结构在受到拉扯、挤压、震动都很稳。

那么这个矩形面积有多大呢？我们小学二年级的时候就学过弹性力学Hertz接触理论[2,3]。设这个矩形接触面的长度为L，宽度为2a。首先易得应力的平衡微分方程

又有广义虎克定律，E为薯片的弹性模量
代入后得到总的方程

在各种Hertz接触力学的理论中，球压球是比较好算的。我们这是一个柱压平面，但也有现成的方程用来计算接触面半宽以及中心压力。下式中F为压力，L为长度，R为曲率半径，μ为泊松比。

我还真查到了文献，有人测了不同产地的土豆炸出薯片的口感和弹性模量[4]。这paper的影响因子竟然有2。人家吃个薯片都能吃成博士，你读博就只学会了吃薯片。
代入文献[5]中的模量E=30MPa，取μ=0.2，其他参数是我自己量的。
很快我算出了薯片和地面的接触面积大概是2.2 mm2，最大压强是1.2万Pa！在哥们的帮助下，我用有限元分析模拟出了用混凝土做的薯片在地上的应力分布，可以看到中心线上压强还是很大的，所以建议大家以后少吃混凝土做的薯片。

现在我们算清楚了薯片和地面的接触面积，但还是没有解答我们的问题，薯片掉地上究竟能不能吃呢？我们需要仔细观察在微观世界里，薯片和地面之间究竟发生了什么。
你可能会说，地板上的脏东西跑到薯片上去了！地板上的脏东西究竟是什么呢？主要是你的皮皮，你的毛毛，你吃饭的渣渣，你家里最脏的东西其实就是你自己。还有沙粒、花粉、尘螨、细菌等。
有时地板的脏远远不止于此，有研究指出，只要你走进厕所，又走回到房间里，你的地板上就已经有屎了。你的薯片再掉地板上，就可以检出屎菌了。 薯片表面在显微镜下有很多鼓泡，是多孔疏松结构，最外面是一层油脂[6,7]，非常容易吸附地板上的脏。
图.a,b.共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）下的薯片断面油分布图像. c.薯片边缘的彩色SEM图. d.100倍显微镜下的薯片
鲁迅先生说过：“吃的掉到地上，5秒以内捡起来就还能吃。”这就是著名的5秒定律[8]。在日常生活中，人们通常会根据自己掉地上的食物贵不贵来决定是否采用这条定律。 那5秒定律对不对呢？我们做个实验。
用荧光粉模拟地上的脏东西，将三块薯片分别掉在荧光粉上。第一块瞬间拿起，第二块5秒后拿起，第三块30秒后拿起，观察薯片变脏发光的程度。

结果非常AMAZING啊！三块薯片都头顶冒着绿光！

你能分清谁是谁吗？不你不能。你以为那个绿光最少的是瞬间捡起来的，但它其实是30秒的。你以为那个滚满绿光的是30秒的，但它其实是我瞬间捞起的。所以不要相信5秒定律了。薯片掉地上变脏的程度和它掉下去的姿势角度有关，接触时间并不重要。世上本没有5秒定律，贪吃的人多了，也就有了5秒定律。美国克莱姆森大学的Dawson做了实验[9]，把香肠扔在瓷砖、木头、地毯上面，看鼠伤寒沙门氏菌爬到香肠上的数量。

结果表明，不管是哪种地面，菌都不会遵循5秒定律来爬。几乎是一瞬间，你的香肠就变成了一个香肠菌。
直觉上想，瓷砖比较干净，地毯最脏，但其实掉瓷砖上的香肠菌最多，掉地毯上的反而最少。
图.博洛尼亚大红肠掉在木头、瓷砖、地毯表面在5s、30s、60s后鼠伤寒沙门氏菌转移量随时间的变化
所以从食品安全的角度来讲，掉地上的食物咱就憋吃了！那如果我就硬吃下去会怎么样呢？
其实不会怎么样，细菌没那么可怕。你说地板上有菌，但其实你的手机上现在就有100万个菌，马桶座垫上也才十万个菌。
有些小情侣喜欢在打电话的时候对着手机深情一吻，但简单算一下就知道，你亲你对象一下，就相当于亲了10次马桶。

图.用手机养出来的漂亮菌落

那为啥有这么多菌你还活得好好的呢？因为世界上大部分菌都是友菌，你也有免疫力，所以吃了也没事。极其不走运的话，你也可能会一口咬掉半只螨虫，或者吃到链球菌、金黄色葡萄球菌这样的致病菌，然后拉肚子。 所以吃掉在地上的薯片就像是背着女朋友藏私房钱，大部分时候不被发现就没事，但万一运气差被抓住了，就会当场去世。 不过这也是一件好事，因为人体免疫力可通过后天训练增强。长期生活在干净环境中的儿童有更大的概率过敏或者得哮喘[13]。我家狗子从小在土里刨吃的也啥事没有。
如果你吃了带菌的薯片之后拉肚子并活了下来，你对脏薯片的耐受力就会变强。缅因大学的研究发现[14]，利用5秒定律，让孩子们把掉地上的食物捡起来吃了，既可以减少食物浪费，也可以提升孩子的免疫力。所以如果你有兴趣的话，其实可以先把薯片扔在地上，吃掉，拉肚子，再扔再吃，反复自我训练几次，以后掉地上的薯片就可以随便吃了。不干不净，吃了没病，窝窝囊囊，万寿无疆。总之，杀不死你的薯片，只会使你变得更强！人生又何尝不是这样呢？每一次挫折就像掉在地上的薯片，只有我们勇于接受每一次挑战，才能成为更强大的自己！

图截自B站上的本期视频，av74141259

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参考文献
1、我的一席演讲, https://www.bilibili.com/video/av16333208/ 2、Hertz接触力学, https://en.wikipedia.org/wiki/Contact_mechanics 3、官春平. 圆柱与刚性平面Hertz接触的临界参数计算[J]. 轴承, 2013(8):4-7. 4、4种薯片的弹性模量，Rojo F J, Vincent J F V. Objective and subjective measurement of the crispness of crisps from four potato varieties[J]. Engineering Failure Analysis, 2009, 16(8): 2698-2704. 5、薯片做法对弹性模量的影响，Tran M T T, Chen X D. Improving the physical properties crunchiness of potato crisps by pretreatment techniques and vacuum frying[C]//Fourth International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering. International Society for Optics and Photonics, 2013, 8793: 879307. 6、薯片的表面图像，Pedreschi F, Mery D, Marique T. Quality evaluation and control of potato chips and French fries[M]//Computer vision technology for food quality evaluation. Academic Press, 2008: 545-566. 7、薯片表面油分布，Tarmizi A H A, Niranjan K. Post-frying oil drainage from potato chips and French fries: a comparative study of atmospheric and vacuum drainage[J]. Food and bioprocess technology, 2013, 6(2): 489-497. 8、5秒定律，https://en.wikipedia.org/wiki/Five-second_rule 9、否定5秒定律的研究，Dawson P, Han I, Cox M, et al. Residence time and food contact time effects on transfer of Salmonella Typhimurium from tile, wood and carpet: testing the five‐second rule[J]. Journal of applied microbiology, 2007, 102(4): 945-953. 10、支持5秒定律的研究，Lipschutz B M, Kagan D, Steed L, et al. Contact Time for Foods of Different Textures Leads to Differential Bacterial Growth: Testing the Five Second Rule[J]. International Journal of Applied Environmental Sciences, 2016, 11(6): 1387-1396. 11、上面两位大佬的Battle！https://www.nationalgeographic.com/news/2014/3/140315-five-second-rule-bacteria-food-safety/ 12、vsauce讲5秒定律，https://www.youtube.com/watch?v=rYXdsOEWBj0 13、卫生假说，Brooks C, Pearce N, Douwes J. The hygiene hypothesis in allergy and asthma: an update[J]. Current opinion in allergy and clinical immunology, 2013, 13(1): 70-77. 14、缅因大学研究，Strout, S. (2001). Does the five second rule exist?http://studentorgs.umf.maine.edu/%7Emainestream/010502/fivesecond.html.
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