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踩乐高,为啥那么疼?

乐高积木大概是全世界最受欢迎的玩具之一,不过它所带来的回忆却不总是美好的。如果你也曾不小心光脚踩上过那些散落在地上的乐高积木块,你一定很难忘记这种刻骨铭心的感觉。在网络上,我们也很容易找到那些被乐高虐待过的脚丫们的哀嚎:

乐高踩起来是如此之疼,“祝你踩上乐高”甚至都成了一句可怕的诅咒。小小的塑料玩具积木为什么会有如此杀伤力呢?

“我希望你黑咕隆咚一脚踩上乐高,是光脚踩”图片来自:memegenerator.net

一般性的解释

对于这种疼痛,我们当然可以找出不少普遍适用的解释:

首先,和手指一样,脚底也是对触觉和痛觉比较敏感的部位,这对我们感知危险是很有帮助的。如果双脚感受不到疼痛,那情况才会更糟糕:一些糖尿病患者因为神经病变就会对脚上的痛觉感觉非常迟钝,他们很容易受伤和感染,但却无法及时察觉,有时候病变甚至会发展到不得不截肢的程度。

其次,你把自己的体重(甚至还要加上走路时蹬地的额外作用力)都压在脚底下乐高积木小小的面积上,由此产生的压强肯定很要命。不考虑凸起的话,2*2的乐高积木上表面积约有2.5平方厘米[1],体重60千克的人压上去就能产生2352千帕的压强。

当然,形状也很重要,如果你再算上凸起和分明的棱角,伤害值也就变得更高了。

为什么乐高是特别的?

当然,以上解释对一切可能和脚底产生亲密接触的小物体都适用。那么,为什么人们总是更多地抱怨他们踩到乐高的悲惨经历呢?相比其他小东西,乐高积木有什么特别之处吗?还真有。

当然,乐高玩具比较容易在地板上出没,这肯定也是一个因素。不过,我们这里所说的是乐高积木自身的特性。简单来说,相比其他很多可能会被踩到的日常物品,乐高积木的结实程度可以算得上出类拔萃。它很硬,就算你整个人踩上去,那些牢固的结构和锋利的棱角也不会发生什么形变,它们依然会直击你的脚心。

乍一看,乐高积木似乎只是普通的塑料小块,但这些塑料零件可拥有了不起的精准度:它们彼此能够精确契合,既不能太紧,也不能太松。据说,这些小砖块的尺寸误差可以低至0.002 毫米。而要想让塑料小零件拥有这样精确的尺寸,生产工艺和选择什么样的材料来做都大有学问。

乐高积木的生产过程其实很简单,只需使用一种叫“注塑机”的加工设备,将塑料加热熔融成可以流动的熔体,然后快速注入金属模具中,冷却之后就可以得到一块乐高积木了。

一个已经退役的乐高注塑模具。图片来自:Zane Thorn

那么,乐高积木用的是什么材料呢?从1963年开始,乐高公司就用一种叫做“ABS”的塑料替代初代版本的材料(醋酸纤维素)来制作这些拼插玩具了。ABS是现在世界上最常用的五大通用塑料之一,它的化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,是利用丙烯腈(Acrylonitrile)、1,3-丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三种单体分子共聚而成的(目前工艺中也有部分ABS为共混型的)。共聚是制造高分子材料的一种常用方法,它的好处是,可以针对材料的不同性能需求选用不同的单体进行共聚,从而得到更加符合人们需求的材料。

ABS塑料颗粒,和生产它所用的三种单体分子。图片来自:wikipedia

为什么选ABS?这是因为,ABS的材料特性正好可以满足制作乐高积木的全部要求。ABS是注塑工艺的绝佳搭档,其中的苯乙烯结构在受热熔融时可以为材料带来较低的粘度,为注塑生产提供充足的流动性;丁二烯结构的存在会为材料带来良好的韧性和抗冲击性能,特别是在低温下,塑料也不会变的很脆;而丙烯腈中的氰基具有超强的吸电子能力,形成的高分子链段具有很强的极性,链段运动能力变差,表现在宏观性能上就是材料的超高硬度和良好的强度。由这三种性能迥异的原料共聚而成的ABS,同时具备三者的优点,并且很难结晶,它在模具中冷却时不会产生太大的收缩,因此它的尺寸稳定性也很好,做出来的小零件可以保持尺寸高度一致,这一点对拼插玩具而言尤其重要。

明白了ABS的性质,它给人们带来的痛楚其实也就不难理解了。疼痛来自局部的压强,而造成巨大压强的因素无非有两点:其一是尖,其二是硬。在注塑过程中,尺寸稳定性好的ABS很好地继承了乐高模具清晰分明的棱角,因此它的边缘自然也比较“尖”。ABS的表面硬度很高,它可以达到邵氏硬度的100度(这是用这种方法测量的最高级别了),超硬型的ABS甚至可以算是塑料中最硬的种类。不仅如此,这些塑料积木块的强度也很惊人。人们曾专门做过实验,结果发现,2x2的普通乐高砖块在被压垮之前平均可以承受多达4240牛顿的力,这相当于432千克物体的重量[2]

在四千多牛顿的压力之下终于垮塌的乐高积木。图片来自:Open University

理论上说,如果把这样的小砖块一个个叠起来,直到最下面的砖块被压垮为止,那么将可以搭起3.5千米高的一座“塔”。当然,这样的结构实际上很不稳定,不过如果在每一层上多用点砖块加固,搭起三十多米的乐高塔还是完全没问题的。相比之下,一个人的体重实在是算不了什么。就算你整个人站上去,那些棱角分明的坚硬结构也根本不会垮掉。

目前世界上最高的乐高塔,高35.05米,共使用了大约55万块乐高积木。图片来自:guinnessworldrecords.com

总的来说,踩到乐高积木的疼痛大概就是人类敏感的神经与性能优异的高分子材料之间产生的一点小意外。这样的经历肯定不会让人愉快,不过我们从中也可以得到一个好消息:你心爱的乐高积木是如此结实,以至于你根本不用担心自己把它们踩坏了……(编辑:Ent)

题图:踩上乐高时的内心感受,图片来自:龙珠。

参考资料:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Lego
  2. http://www.bbc.com/news/magazine-20578627
The End

发布于2015-12-16, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳。 如在其他平台看到此文章被盗用,请告诉我们(文章版权保护服务由维权骑士提供)

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