火锅里的科学小知识你知道吗？

在我眼中，火锅应该是中华民族最伟大的饮食文化。它历史悠久、老少皆宜、食材丰富，口感立体。我问过周围的很多人，当聚餐想不好吃什么的时候，或是当一个人感觉到孤单寂寞冷的时候，绝大部分人最后都会选择火锅。对于民以食为天的中国人而言，火锅更是成为了快乐、解压、治愈的代名词。

从历史底蕴的角度来讲，中国人对火锅的喜爱可谓“贯穿华夏文明历史”。史书《韩诗外传》中记载，古代祭祀或庆典，要“击钟列鼎”而食，即众人围坐在鼎四周，将牛羊肉等放入鼎钟煮熟分食，由于把食物投入到沸腾的汤底中会发出“咕咚”的声音，因此最早的火锅被叫做“古董羹”。到了汉代，根据《三国志·魏志·钟繇传》记载：“魏国初建，为大理，迁相国。文帝在东宫，赐繇五熟釜。”“五熟釜”，就是分有五格的锅，可以同时煮各种不同的食物，和现今的“鸳鸯锅”，可以说是有异曲同工之妙，是鸳鸯锅始祖。

然而，广大的吃货朋友们在吃火锅的时候通常会面临一系列的问题，著名歌手朴树甚至因为吃火锅时遇到的各种难题而写了一首歌：“他们都老了吧，他们在哪里呀？”他们都老了吧，问的是火锅中各种食材熟没熟的问题；而他们在哪里呀，问的是沉底的肉片毛肚该如何捞起来的问题。

这些问题乍一看很难解决，实际上，我们可以以一个学术问题的视角来对其进行一个简单的分析。

那么今天就让我们探究一下：如何科学而优雅的吃火锅。

首先，第一个问题是“它们都老了吧”，比如毛肚下锅，究竟多长时间能煮熟呢？让我们从科学的视角来审视一片毛肚：毛肚下锅煮熟的过程，本质上我们可以将其理解为一个固体的导热问题。我们在火锅店见到的毛肚通常是这种薄薄的切片：

将毛肚投入沸腾的锅中，两面的受热都是均匀的，因此我们可以做一些简单的假设来帮助我们分析这个问题：首先，火锅温度固定为100℃；其次，将毛肚的截面设为厚度2δ的平板形。如图所示。

加热毛肚的过程可以分为两个部分，第一部分是毛肚表面与锅内沸腾的汤的导热，第二部分是毛肚内部的导热。

由于毛肚整片都被放进了锅中，因此导热过程是对称的，我们只需取一半来分析就好啦。为了使结果更加直观，我们可以做一个简单的图像来帮助我们分析这个问题，其中横坐标代表着距离毛肚中心的距离，纵坐标代表温度。

加热时，首先靠近毛肚表面的部分温度会很快上升，而其余部分仍保持原来的温度t0，如图中蓝色的曲线HB所示。随着时间的推移，温度上升所波及的范围会不断扩大，经历了一段时间后，毛肚内层的温度逐渐会受到影响，温度上升所波及的范围会不断的扩大，依次为图中的蓝色（HB）、绿色（HC）、黄色（HD）、橙色（HF）曲线所示。

从食品安全的角度来讲，食材被加热到90℃以上时，食用才是安全的，HG曲线就是我们最终捞出毛肚时，整片毛肚温度分布的曲线。

由以上的分析我们可以看出来：距离表面越远的的地方，升温是越慢的，这与我们的直观感受是相符合的，因此我们只需要看毛肚的中心什么时候熟就好啦。

我们初中时的物理课里就知道，温差会导致热传递，由图像我们能直观的看出来，刚开始的时候，毛肚中心与表面的温差很大，因此热传递会很明显，随着时间的推移，毛肚中心与附近的温差会越来越小，因此热传递效应会逐渐减弱，温度的上升速度也会有所衰减。

那么毛肚中心温度随时间的变化、温度上升的速度及其衰减情况究竟是什么样子的呢？经过分析与计算，我们可以由Matlab绘制出一幅毛肚温度随时间变化的图象，计算过程呢，放在了文章的最后，大家有兴趣可以阅读一下。

根据计算结果我们可以发现，毛肚煮熟所需要的时间约为15秒左右。

川渝一带人可谓人均火锅大师，他们在涮毛肚的时候讲究七上八下，7+8还真就是15哈,川渝人巧秒的用一个成语体现了等待毛肚时急不可耐的复杂心情和科学的计算结果，真可谓是文理双全啊！

肉片鸭血蔬菜等食材，其实也是同理的，因为总体上来说都属于固相体系的非稳态导热问题，分析方法都是类似的，这里便不再介绍啦。

至于朴树老师的“它们在哪里呀”这个问题，我们也有方法。

提到这个问题呢，就不得不说到另一个很有趣的问题，叫作茶叶悖论(Tea leaf paradox)，说的是如果我们沿着同一个方向搅拌一杯茶，最后茶叶会聚集在杯子的中心。在我们的认识中，搅拌通常会使物体由于离心力的作用而聚集在外圈，但茶叶会游到杯底的中央，而非预想的在螺线型离心力作用下被推动到杯底的边缘。

我们该如何理解这种现象呢？

通过搅拌，离心力会让水分子向外移动，让它们就像坐游乐园的旋转木马的一样，中间呈现凹状态。我们在初中的物理课中学过：水越深，压强是越大的，即使差异很小，凹进去的表面只深了一点点，相对比下，锅中心就会产生一定的压力差。保持水一直在旋转，然而，靠近底部外侧的液体由于杯壁的摩擦减慢旋转，那里的离心力减弱从而使得压差对水流的作用大于离心力。

底部的向内的力更大的结果就是底部附近的水被抽到中心。向上一些，液体流向外侧，形成了一个“坡流”，这个波流沿底部向内流从而把边缘外部的茶叶聚集到中央。由于茶叶的重量无法上升，所以它们停留在底部中心。结合旋转液体的作用，这些茶叶将沿底部向内螺旋。

利用这个原理，等吃到最后，我们只需要在锅里狂搅一通，那些沉底消失的肉就会聚集在锅的中心，好多人吃火锅抢不过前面一起吃的朋友，但用这个方法，我们可以在所有人都准备放下筷子时疯狂捡漏，大快朵颐（当然，要放得下面子啦）。很遗憾，这个技巧对鸳鸯锅大概是不适用的。

今天分享给了大家两个吃火锅的技巧，教会了大家如何科学优雅的吃火锅，熟练掌握了这些小技能，想必大家一定能笑傲各大火锅店，在聚餐中崭露头角，成为无冕的“火锅之王”。

学霸专区

如下：

引入过余温度

则以上四式化为

采用分离变量法，可以得到无量纲温度的分析解：

其中μn下面的超越方程的根：

其中参数

分别为

代入毛肚的参数使用近似拟合公式法并结合无限大平板中心温度的诺莫图、无限大平板的θ/θm曲线、无限大平板的Q/Q0曲线可计算出：

代入温度分析解表达式中：

使用Matlab绘制图像如正文所示.

转载内容仅代表作者观点

不代表中科院物理所立场

如需转载请联系原公众号

来源：大美科学

编辑：万象

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.