把科学带回家
2019-05-03
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本文由公众号“把科学带回家”提供
给孩子最好的科学教育
相信你一定做过这件无聊的事——在嗯不出来的时候撕厕纸。好吧，不要问我怎么知道的。总之你会发现，厕纸，还有练习册啊什么的纸张通常从一个方向比较好撕，从另一个方向撕就会歪歪扭扭的。这是为什么呢？
关键概念
各向异性
材料和操作
几张一样的普通的纸
几张厕纸
如果你家有宣纸，就更好了
夹子
我们的实验过程很简单，把2张纸叠在一起，用夹子夹起来，然后像这样拿着，你会发现，下面的纸和上面的纸好像“吸”在了一起，不会分开。但是，如果你把两张纸倒转试一下，就会发现，下面的纸掉下去了…掉下去了…下去了…去了…如果你觉得这是夹的位置有问题，你可以换一个角度夹这两张纸，也可以换其他的纸试一试。你会发现，当某面朝上时，两张纸会吸在一起，但是另一面朝上时，两张纸就会散开。这太神奇了，究竟是为什么捏？
原理这个现象很神奇，但也很容易被人忽略。第一次接触的话，不少人会以为，这是纸带有静电，导致同性相斥，异性相吸的结果。其实不然。剑桥大学三一学堂数学研究的主持人时枝正（Tadashi Tokieda）解释道，实际上，纸头出现上面这种奇怪的现象，是因为工业制造的纸张属于各向异性（anisotropic）的材料。啥意思呢？各向异性是说普通的纸头在不同方向上的性质是不一样的。举个例子。
你把你家的纸像这样折，折2份。然后交错着叠起来。看到没有？一个方向朝上的时候，下面的纸能托住上面的，但是翻过来以后，它俩就分开了。其实，机器制造的纸在微观上也有这样微小的类似折痕的纹路，它们叫做纸纹（grain），而造成这种纸纹的原因，是因为在机器造纸的过程中，纤维素会沿着纸浆铺展的方向排齐。因此机器制造的纸张具有各向异性，它们在某个方向比较好折，也比较好撕。这也是厕纸从一个方向上比较好撕的原因。
厂商也故意让厕纸的纸纹和撕的方向不一致，这样你就只能沿着事先打好的洞撕厕纸了。而且，当各向异性的机器造纸变潮湿的时候，不同方向上的膨胀程度也不一样，所以一张机器造的正方形纸头湿了以后，就会变成长方形的。
纸纹的方向（红色）所以，不管是卷纸还是一大张纸，只要是机器造的纸，就会像上面这样的瓦楞纸一样，在一个方向上互相“吸引”，在反方向上“排斥”。
话说回来，因为纸的各向异性，印刷厂在装订书籍的时候就要充分考虑到纸纹的走向。大厂生产的纸张是长纹（long grain），也就是说纤维素的走向和长边平行。一些纸张是短纹（short grain），也就是说纤维素的走向和短边平行。很多厂商会在纸的规格下方标注下划线，以此突出纸纹所在的边，如10×15就表示纸纹和10那个短边平行。一般来说，书脊的方向和纸纹的方向是一致的。
如果不调配好每张纸的相对方向，很有可能一本书就会吸住，很难打开来。神奇吧。
书法家和水墨画家也知道工业纸纹的弊端，他们明白这样的纸张在运笔时不太流畅，不如手工制造的宣纸好用。这是因为，传统工艺制造的纸张的纤维走向是凌乱的，并不具有各向异性，而是各向同性的。换句话说，传统纸张从任何方向上的性质都差不多，两张传统纸张叠在一起，就不会出现上面这种相斥相吸的情景。
对了，不知道你有没有发现，如果纸纹和擦PP的方向垂直，PP可以擦得更干净哦！如果纸纹的方向和擦PP的方向一样，那么PP的干净程度就要打折了。这是因为，纸纹方向的高斯曲率非零，很难弯折（扇子很难掰弯，但是可以折起来就是这个道理）。但是，把纸纹横过来擦，就能完美贴合臀部啦。擦，对了！赶紧告诉问你借纸的隔壁小伙伴吧！
亲爱的小伙伴们，你有没有尝试“各向异性的纸”？想让更多小伙伴看到你的作品？可以把你拍到的照片发给我们哦~你也可以把孩子的小名一起发过来展示在我们推送中。我们将每月抽一次奖，送一期电子版《环球科学》！
读者投稿
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