出汗是为了防止手滑?是的,这是真的

作者: 氪罗钡路斯

来源: 果壳

发布日期: 2021-01-18

本文探讨了指纹在增加手指摩擦力中的作用,特别是通过汗腺分泌的汗液在接触光滑表面时如何增加摩擦力,以及指纹沟壑在防止汗液过多时的排水作用。

指纹有什么作用?凹凸不平的指纹增加了指尖的粗糙度,让我们在抓取物体时更加牢固。毕竟摩擦力与物体表面粗糙程度有关,与接触面积无关嘛。答案远没有这么简单。初中的摩擦力定律并不完全适用于指纹的情况。现实情况是:对于手指而言,手指的摩擦力的确与接触面积有关。手指的摩擦力不仅与接触面相关,还和指尖湿度相关,其背后是指纹的沟壑和丰富的汗腺构成的一套复杂的调节系统,塑造了手指的摩擦力。

英国曼彻斯特大学的Warman等研究者曾进行过一项有关手指摩擦力的实验。实验中,研究人员测量了志愿者手指与一块干燥有机玻璃板间的接触面积与摩擦力,并发现二者成正比——接触面积越大,摩擦越大。对于橡胶等弹性体来说,初中时学习的摩擦力定律并不成立,弹性体的摩擦力与接触面表面积相关,也与两个物体间的贴合程度相关。我们的手指属于弹性体吗?至少在与光滑表面接触时是的。

Warman等人的实验还得出了一个推论:在接触玻璃这样的光滑物体时,凹凸的指纹会减少指尖与物体的实际接触面积,导致手指与物体间的摩擦变小。出汗是为了增加摩擦力。科学家们为这个问题争论了很长时间。有学者指出,Warman等人的实验推论忽略了一项重要因素:接触面湿度。在其他研究指纹功能的实验中,人们观察到,如果用干燥的手指接触光滑不透水的物体表面,手指与物体间的摩擦力会在一段时间内逐渐增加。

摩擦力的逐渐增加是由湿度变化导致的:我们的指纹上密布着汗腺,达到了每平方厘米内530个。在指尖与光滑表面接触后,汗腺分泌的汗液则能软化手指角质层,让手指皮肤与物体表面贴合更紧,从而增大二者之间的摩擦。最近,英国伯明翰大学Michael J.Adams与韩国Seoung-Mok Yum等一些学者一起,通过实验回答了这个问题。他们测量对比了身体不同部位与干燥有机玻璃接触时接触面上的湿度变化。

在我们的身体上,手指等粗糙皮肤处汗腺发达、表面凹凸不平,而胸口、前臂和大腿则汗腺较少、更为平滑。与玻璃接触后,“粗糙皮肤”接触面的湿度很快稳定在一个值;而“平滑皮肤”虽然汗腺更少,却源源不断地分泌着汗液,导致接触表面的湿度持续攀升。接下来的摩擦力测量表明,指尖湿度稳定时,手指与玻璃间的摩擦力也达到了最大。

这些实验结果就可以帮助我们理解出汗为什么能够增加摩擦了:指尖上的汗腺分布在指纹的隆起处,当指尖与其它光滑表面接触时,汗腺分泌的汗液导致手指与接触表面贴合更紧。紧密贴合反过来阻塞了汗腺,让它无法继续分泌。通过这种湿度平衡调控,手指完美达成了摩擦最大化。指纹上的精密仪器。研究人员还测量了不同身体部位与湿润有机玻璃接触时的湿度与摩擦系数变化。

他们先用一滴液体打湿玻璃,然后让“平滑皮肤”接触玻璃,发现接触位置的湿度在几分钟之内都没有发生变化。然后,他们又用手指接触湿润玻璃,结果接触位置的湿度快速下降,一分钟之内又达到了一个稳定值!与干燥有机玻璃的实验对比之后,研究人员发现,不管初始条件是湿润还是干燥,手指接触点的湿度都可以在短时间内达到同一稳定值。处在这个湿度时,摩擦力达到了最大。

指纹上的超高密度汗腺可以使湿度快速增加,那湿润条件下,液体的飞速蒸发又是怎么做到的呢?答案就藏在指纹的沟壑里。指纹的沟壑像一条条排水管道,可以通过毛细作用快速排出多余的水分。这样一来,手指就像一套高效的湿度控制系统,通过汗腺的开关和指纹的配合,既能在干燥的时候及时增加湿度,从而增加手指摩擦力;又能够防止汗液积累过多,造成“手滑”。

虽然指纹确实能够“增加摩擦力”,但增加摩擦力的方法是不是比你想象得还要炫酷呢?

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