巧克力棒上的巧妙凹槽——《華爾街日報》

插圖：托馬斯·瓦倫塔物理學家海倫·切爾斯基探討日常現象背後的複雜科學。閲讀更多專欄請點擊此處。

我們生活在一個崇尚力量、隱藏弱點的世界，軟弱常被視為不便或尷尬。但某天，一塊巧克力讓我意識到：從力學角度看，二者缺一不可。我酷愛巧克力，尤其是黑巧，但會控制每日食用量（“適量"可根據當日壓力靈活調整）。真正有趣的並非巧克力方塊本身，而是造就方塊的秘密——凹槽。

巧克力是由可可固形物、可可脂、糖分（通常還有牛奶）組成的精妙混合物。其精妙之處在於室温下保持固態，入口即化——這歸功於可可脂34-38℃的熔點，完美兼顧兩種特性。我們需要巧克力在多數情況下保持固態以便運輸，但將整板固體掰成小塊可能很隨機。彎曲整板需要很大力量，而隱藏的氣泡或堅果等不規則結構會導致斷裂位置難以預測。因此製造商用凹槽主動製造可見的"弱點”。

想象一下，你有一大塊未拆封的巧克力棒，想把它掰成兩半。你可能會將凹槽面朝外，用手指將兩端向自己方向拉，同時用拇指將中間部分向外推。這樣操作時，巧克力棒會向外彎曲，使背對你的那一面拉伸，而靠近你的一面則被壓縮。

但這些凹槽不僅僅是巧克力棒較薄的部分——它們是U形或V形的，當U或V的頂部被向外拉伸時，所有的應力都集中在凹槽的谷底。凹槽越尖鋭（越接近V形），該點的應力集中就越高。因此，巧克力棒會在谷底斷裂，而你無需花費太多力氣就能實現。V形設計是一種工程上的弱點，既便於掰斷巧克力棒，又能控制斷裂的位置。

巧克力會以脆性方式斷裂，這意味着它不會像果凍那樣緩慢變形並撕裂，而是會以極快的速度裂開一條縫隙。這就是為什麼會有那種令人滿足的“咔嚓”聲。裂縫移動得越快，聲音就越響亮。黑巧克力中可可固體的比例更高，因此更堅硬、更脆，聲音也更大。但如果沒有這些凹槽，你需要花更大的力氣才能掰斷這麼堅硬的東西。

如果世界上充滿了沒有弱點的機械強度極高的物體，我們將一事無成。如果沒有那個小小的切口引入關鍵弱點，我們就無法打開塑料小袋。如果不是糖果包裝紙上的鋸齒（許多小V形），我們就無法撕開包裝。衞生紙、筆記本和垃圾袋上的穿孔也是如此。而工程上的弱點正是汽車吸能區的工作原理——它們確保汽車在遠離車內人員的位置彎曲、斷裂並吸收碰撞能量。

因此，我要為機械的弱點歡呼，因為它們讓我們得以掌控優勢。讓我們同時欣賞兩者，而我推薦用一塊（或三塊）巧克力來完美慶祝這個機械世界。