俊彥
最近,在論壇上,有人提出了一個問題:“既然動能可以轉(zhuǎn)化為熱能,那么我能通過朝一只雞扇巴掌來把它弄熟嗎?”這個問題如一塊石頭投進(jìn)平靜的水面,引起了網(wǎng)友們的熱烈討論。
確實,雞在我們的餐桌上意義重大,怎么烹飪雞確實是一門學(xué)問。你可以把它烤熟、炸熟、煮熟,還可以用微波爐把它弄熟,重點是要把這只雞加熱到74攝氏度。那么,這個問題有存在的可能嗎?其實,答案是肯定的,而且這是一道不錯的物理學(xué)題目。
此前,互聯(lián)網(wǎng)上也有過一些類似的疑問。比如“牛排從多高的地方掉下來,能在掉到地面時正好被烤熟”,算出來的結(jié)果是:250千米處可能是最佳高度,能得到一塊半生不熟的牛排。低于250千米,牛排更生;高于250千米,會進(jìn)入彈道導(dǎo)彈的“剝蝕區(qū)”,牛排會被烤焦并解體。類似的問題還有“一只冷凍火雞從多高的地方掉下來,能在掉到地面時正好被烤熟”,這個問題的結(jié)論是:14.2千米的高度或許能行。
當(dāng)然,人類把雞弄熟再吃,主要有兩個原因:一是熟的肉類更方便人類消化,從熟肉中攝取的卡路里也比生肉多;二是經(jīng)過74攝氏度的溫度,雞身上的有害細(xì)菌多半會被殺死。但在討論開頭的那個問題時,我們可以暫且把這兩點忽略不計。我們最關(guān)心的問題是,需要多少能量才能改變雞的溫度?
要回答這個問題,先要看看熱能的改變。熱能的多少不僅取決于溫度的變化,還要看物體的質(zhì)量和類型。寫成公式就是熱能變化=質(zhì)量×比熱容×溫度變化。比熱容是什么呢?舉一個簡單的例子:假設(shè)要加熱相同質(zhì)量的鋼材和泡沫塑料,鋼材和泡沫塑料的原始溫度相同,但加熱鋼材需要更多能量,因為鋼的比熱容是0.49 焦耳每克攝氏度,而泡沫塑料的比熱容只有0.3 焦耳每克攝氏度。
那么,雞的比熱容是多少,沒有人能得出確切的答案。但是,有人測量過火雞的比熱容,而火雞和雞又差不多,因此可以用火雞的比熱容來代替。這樣就能算出把雞弄熟所需的熱能變化了。這些熱能是從哪里來的呢?沒錯,從一只手掌的拍打中來。
當(dāng)手掌擊中雞身時,手掌就會停下。這時,它的動能為零,之前的動能大部分都變成了雞肉增加的熱能,以及手掌增加的熱能。也就是說,要想把雞弄熟,你也得把自己的手掌一起弄熟。不過,我們暫時不要擔(dān)心手掌,只要估計它的能量有一半進(jìn)入了雞身,一半留在了手掌就行。
主要的概念已經(jīng)確定了,剩下的就是計算的過程。我們先來設(shè)定幾個初始的假設(shè):雞的質(zhì)量是2千克,初始溫度是23攝氏度,目標(biāo)溫度是74攝氏度;手掌的質(zhì)量是200克,掌摑的速度是5米每秒,能量系數(shù)是0.5。
如此一來,就可以計算雞在一次掌摑后溫度的變化了。答案是,你要拍打49000下才能把雞拍熟,前提是拍打的速度要很快。假如你一秒拍一巴掌,連續(xù)打上13小時37分鐘,雞就差不多熟了。當(dāng)然,還要記得采取一些措施給手掌降溫,否則手掌可能也會跟著變熟。
當(dāng)然,上面這些數(shù)值是假設(shè)的,如果改變數(shù)值并重新計算,得出來的結(jié)果可能會有一些誤差。不過可以確定的是,從理論上來說,徒手做熟一只雞是可以實現(xiàn)的。如果有興趣,可以親自試驗一下,也許你可以親口品嘗到“手拍雞”的味道呢。