毕业于北京大学药学院，却没有选择走进实验室和药房。2009年开始科学写作，擅长挖掘日常生活所见中的科学与选题。善于与谣言作斗争，目前执掌科学人“谣言粉碎机”，是果壳网第三代“谣言粉碎娘”。拥有个人公众号"酷炫科学"。
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：
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。
图片来源： knowyourmeme.com
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！”
图片来源：memegenerator.net
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，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。
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。
图片来源：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。
图片来源：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，塑料也不会变得很脆；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，2*2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。
在四千多牛顿的压力之下终于垮塌的乐高积木。
图片来源：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。
图片来源：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……
作者：窗敲雨
编辑：Ent
排版：红色皇后
题图来源：lego.com
末尾图来源：pinterest
参考文献：
https://en.wikipedia.org/wiki/Lego
http://www.bbc.com/news/magazine-20578627
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