新实验打破常识:鸡蛋这样落下才不容易碎!

2025年05月15日21:10:20 科学 9532

新实验打破常识:鸡蛋这样落下才不容易碎! - 天天要闻


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想象一下你要完成一个挑战:把鸡蛋从一定高度松手让它落到台面上,却不能让它碎掉。你可能会自然地选择让鸡蛋尖的一端朝下,因为我们总觉得那是它最结实的方向。但这个“常识”,真的对吗?


在一项新的研究中,麻省理工学院的一组工程系学生通过进行了一系列实验证明,事实并非如此。他们的研究显示,当鸡蛋被侧向释放时,它在坠落中幸存的机会更大,因为它应对冲击的抗力更强


  始于质疑的探索 


乍看之下,蛋壳似乎非常脆弱。我们每天做早餐时,轻松敲击就能敲破鸡蛋的侧面。然而,鸡蛋壳的强度实际上是物理学的奇迹。正因如此,在世界各地的科学课堂上,老师常常通过“鸡蛋坠落挑战”来讲授力、动能与结构设计等物理概念。


麻省理工学院土木与环境工程系的新生每年入学时都会参与这样一项“鸡蛋坠落”挑战。学校的老师会和学生一起研究科学文献,探讨如何放置鸡蛋以避免破裂。但大约三年前,工程学教授tal cohen和她的学生开始质疑:鸡蛋真的在竖直方向释放时更强吗?


这种质疑激发了大家的探索欲,他们将一盒鸡蛋拿到实验室进行初步测试。他们原本以为,竖直释放的鸡蛋会表现得更结实,但实际数据却并不支持这个假设。



  进一步的系统性调查 

于是,一次非正式的测试演变成为一个系统性的调查。他们设计了两类实验:


1、静态压缩测试沿着鸡蛋的长垂直轴(竖着压)或短水平轴(横着压)慢慢地挤压鸡蛋,测量鸡蛋在缓慢加压下的刚性和韧性;

2、动态跌落测试模拟真实坠落,观察鸡蛋在不同方向下的破裂概率。


在静态压缩测试中,他们用薄板来固定鸡蛋的位置,使其精确处于垂直或水平姿态,然后缓慢加力。结果发现:不管是朝哪个方向压,鸡蛋大约在超过45牛顿时破裂——两种方向在破裂所需的力上是差不多的


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鸡蛋在静态压缩测试中以两种方向放置:垂直(红色,上)和水平(蓝色,下)。第二列展示了实验中观察到的裂纹模式;其中,垂直方向的裂纹已被增强,以便更清晰呈现。右侧两列显示了数值模拟所得的类似裂纹分布,用于与实验结果对比分析。(图/sutanto et al. / communications physics)


在实验中,研究人员观察到一个关键的区别,那就是在破裂前,鸡蛋被挤压所产生的形变不同——在相同力值下,水平挤压的鸡蛋比垂直挤压的鸡蛋形变更多


通过力学建模和数值模拟,研究团队进一步验证了实验观察,并得出结论:当鸡蛋从同样的高度落下时,尽管在两种不同的朝向下经历的冲击力相近,但水平朝向的鸡蛋能更有效地吸收能量,从而降低破裂的几率


在动态跌落实验中,研究人员对总共180颗鸡蛋进行了跌落测试,这些鸡蛋被反复地从三种不同的高度(8、9、10毫米),以三种朝向释放:尖端朝下、钝端朝下、侧面朝下。他们设计了一个高精度的跌落装置来完成这项实验,确保每次鸡蛋都以相同姿态、从同一高度落下。


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动态跌落实验表明,侧面下落的鸡蛋更不容易破碎。(图/mit department of civil and environmental engineering)


结果显示,在相同高度下,尖端朝下和钝端朝下的鸡蛋,其破裂概率大致相同,但侧着落下的鸡蛋则更不容易破裂。具体来说,在8毫米高度时,侧着坠落的鸡蛋只有5%的几率会破裂,而垂直坠落的鸡蛋破裂率高达55%。



  颠覆“常识”  


这项研究挑战了一个流行的误解——鸡蛋在垂直朝向坠落时更不容易破裂。事实上,即便是专业研究断裂力学的工程师,一开始也普遍认为垂直方向更结实。这种观点已被广泛传播并引用。为什么这么多人会有这种错觉呢?


研究人员认为,这或许可以归结为大众对刚性与韧性的误解。刚性是使物体形变所需的力,而韧性是在物体断裂前可以吸收的能量。以玻璃球和橡胶球为例,玻璃球是刚性的,它可以承受重物,但如果掉到地上就会碎裂;橡皮球很软,但有韧性,可以吸收撞击的能量。


而在鸡蛋这个例子中,研究人员的数据显示,水平朝向比垂直方向能多吸收10%到30%的冲击能量。也就是说,垂直方向的鸡蛋虽更具有刚性,却因缺乏形变空间,面对突然冲击更脆弱;而水平方向的鸡蛋更具韧性,拥有更好的弯曲能力。


这项研究成果不仅刷新了人们对鸡蛋的认知,更强调了一个科学核心原则:即使是被广泛接受的“真理”,也值得重新检验


研究团队希望,他们的工作能够激发下一代学生保持好奇、质疑与探索精神。研究人员表示,他们想通过这篇论文提醒大家:不要轻信“常识”,要依赖证据,勇于质疑。哪怕是最熟悉的假设,也值得用批判性思维去重新审视:用深思熟虑的探究,不断挑战我们自以为“已经知道”的世界


#参考来源:

https://news.mit.edu/2025/mit-engineering-students-crack-egg-dilemma-sideways-stronger-0508

https://physics.aps.org/articles/v18/100

https://www.nature.com/articles/s42005-025-02087-0

#图片来源:

封面图&首图:sutanto et al. via mit news

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