新實驗打破常識:雞蛋這樣落下才不容易碎!

2025年05月15日21:10:20 科學 9532

新實驗打破常識:雞蛋這樣落下才不容易碎! - 天天要聞


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想像一下你要完成一個挑戰:把雞蛋從一定高度鬆手讓它落到檯面上,卻不能讓它碎掉。你可能會自然地選擇讓雞蛋尖的一端朝下,因為我們總覺得那是它最結實的方向。但這個「常識」,真的對嗎?


在一項新的研究中,麻省理工學院的一組工程系學生通過進行了一系列實驗證明,事實並非如此。他們的研究顯示,當雞蛋被側向釋放時,它在墜落中倖存的機會更大,因為它應對衝擊的抗力更強


  始於質疑的探索 


乍看之下,蛋殼似乎非常脆弱。我們每天做早餐時,輕鬆敲擊就能敲破雞蛋的側面。然而,雞蛋殼的強度實際上是物理學的奇蹟。正因如此,在世界各地的科學課堂上,老師常常通過「雞蛋墜落挑戰」來講授力、動能與結構設計等物理概念。


麻省理工學院土木與環境工程系的新生每年入學時都會參與這樣一項「雞蛋墜落」挑戰。學校的老師會和學生一起研究科學文獻,探討如何放置雞蛋以避免破裂。但大約三年前,工程學教授tal cohen和她的學生開始質疑:雞蛋真的在豎直方向釋放時更強嗎?


這種質疑激發了大家的探索欲,他們將一盒雞蛋拿到實驗室進行初步測試。他們原本以為,豎直釋放的雞蛋會表現得更結實,但實際數據卻並不支持這個假設。



  進一步的系統性調查 

於是,一次非正式的測試演變成為一個系統性的調查。他們設計了兩類實驗:


1、靜態壓縮測試沿着雞蛋的長垂直軸(豎著壓)或短水平軸(橫着壓)慢慢地擠壓雞蛋,測量雞蛋在緩慢加壓下的剛性和韌性;

2、動態跌落測試模擬真實墜落,觀察雞蛋在不同方向下的破裂概率。


在靜態壓縮測試中,他們用薄板來固定雞蛋的位置,使其精確處於垂直或水平姿態,然後緩慢加力。結果發現:不管是朝哪個方向壓,雞蛋大約在超過45牛頓時破裂——兩種方向在破裂所需的力上是差不多的


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雞蛋在靜態壓縮測試中以兩種方向放置:垂直(紅色,上)和水平(藍色,下)。第二列展示了實驗中觀察到的裂紋模式;其中,垂直方向的裂紋已被增強,以便更清晰呈現。右側兩列顯示了數值模擬所得的類似裂紋分佈,用於與實驗結果對比分析。(圖/sutanto et al. / communications physics)


在實驗中,研究人員觀察到一個關鍵的區別,那就是在破裂前,雞蛋被擠壓所產生的形變不同——在相同力值下,水平擠壓的雞蛋比垂直擠壓的雞蛋形變更多


通過力學建模和數值模擬,研究團隊進一步驗證了實驗觀察,並得出結論:當雞蛋從同樣的高度落下時,儘管在兩種不同的朝向下經歷的衝擊力相近,但水平朝向的雞蛋能更有效地吸收能量,從而降低破裂的幾率


在動態跌落實驗中,研究人員對總共180顆雞蛋進行了跌落測試,這些雞蛋被反覆地從三種不同的高度(8、9、10毫米),以三種朝向釋放:尖端朝下、鈍端朝下、側面朝下。他們設計了一個高精度的跌落裝置來完成這項實驗,確保每次雞蛋都以相同姿態、從同一高度落下。


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動態跌落實驗表明,側面下落的雞蛋更不容易破碎。(圖/mit department of civil and environmental engineering)


結果顯示,在相同高度下,尖端朝下和鈍端朝下的雞蛋,其破裂概率大致相同,但側着落下的雞蛋則更不容易破裂。具體來說,在8毫米高度時,側着墜落的雞蛋只有5%的幾率會破裂,而垂直墜落的雞蛋破裂率高達55%。



  顛覆「常識」  


這項研究挑戰了一個流行的誤解——雞蛋在垂直朝向墜落時更不容易破裂。事實上,即便是專業研究斷裂力學的工程師,一開始也普遍認為垂直方向更結實。這種觀點已被廣泛傳播並引用。為什麼這麼多人會有這種錯覺呢?


研究人員認為,這或許可以歸結為大眾對剛性與韌性的誤解。剛性是使物體形變所需的力,而韌性是在物體斷裂前可以吸收的能量。以玻璃球和橡膠球為例,玻璃球是剛性的,它可以承受重物,但如果掉到地上就會碎裂;橡皮球很軟,但有韌性,可以吸收撞擊的能量。


而在雞蛋這個例子中,研究人員的數據顯示,水平朝向比垂直方向能多吸收10%到30%的衝擊能量。也就是說,垂直方向的雞蛋雖更具有剛性,卻因缺乏形變空間,面對突然衝擊更脆弱;而水平方向的雞蛋更具韌性,擁有更好的彎曲能力。


這項研究成果不僅刷新了人們對雞蛋的認知,更強調了一個科學核心原則:即使是被廣泛接受的「真理」,也值得重新檢驗


研究團隊希望,他們的工作能夠激發下一代學生保持好奇、質疑與探索精神。研究人員表示,他們想通過這篇論文提醒大家:不要輕信「常識」,要依賴證據,勇於質疑。哪怕是最熟悉的假設,也值得用批判性思維去重新審視:用深思熟慮的探究,不斷挑戰我們自以為「已經知道」的世界


#參考來源:

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

#圖片來源:

封面圖&首圖:sutanto et al. via mit news

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