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一个鸡蛋也能让孩子学到力学?太震惊了

发布时间:2020-01-17

昨天在家做饭,家里的小宝贝特别勤快地说要给我打下手,拿起一个鸡蛋就想单手把它握碎,可怎么使劲都没能把鸡蛋弄破。


最后委委屈屈地和我抱怨道:你不是说鸡蛋很容易碎吗?怎么这个鸡蛋这么硬啊?

 


鸡蛋硬吗?第一次听到有人这么形容鸡蛋。为了证明给宝贝看,鸡蛋真的是个易碎品

 

我拿起鸡蛋准备给他好好表演一次,按照他的方法,单手握住鸡蛋,可令人尴尬的时刻来了,鸡蛋纹丝不动,一点要碎掉的迹象都没有

 

这是怎么回事呢?明明平常轻轻一磕就会破的鸡蛋,怎么用手握着就破不成了呢?不行,这回我得找到答案,好好给我家宝贝一个回答!

 


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鸡蛋其实是个大力士

 

经过多方调查,炸炸发现原来小小的鸡蛋里还藏着不少力学知识呢!鸡蛋虽然轻轻一磕就破,但如果在受力均匀的情况下,鸡蛋也可以摇身一变成为大力士

 


不信的话,我们一起来看看下面这个小实验吧!


⚠ 宝贝们可以在粑粑麻麻的陪同下用替代物一起完成唷,试验过程要小心飞溅的鸡蛋液呀!

 

首先准备好鸡蛋、鸡蛋的底座(可用卷纸筒、胶纸卷代替)以及重物(可用书本代替)

 

将三个鸡蛋摆在三角形的三个点上,然后轻轻地将重物放在鸡蛋上方


 如果重物不是平整的,可事先给鸡蛋垫个东西,力求 3 个鸡蛋受力均匀



第一个重达 5kg 的重物放上去之后,鸡蛋并无异样。

 


接下来我们放上第二个同样重为 5kg 的重物,此时鸡蛋并没有要破开的迹象~

 


紧接着,继续加码,所以此时鸡蛋所要承受的重量已高达 15kg,相当于两个西瓜,鸡蛋依旧坚持住了,真没想到鸡蛋居然还有这么「结实」的时候!

 


才 3mm 左右的厚度,究竟是什么力量支撑着鸡蛋承受住远大于其本身十几倍的重量呢?别急,我们这就来揭开这层秘密!

 


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鸡蛋承重的秘密

 

其实鸡蛋的承重秘密就藏在这层看似脆弱的薄壳上。鸡蛋壳是一个曲面,其横截面呈拱形。我们先将蛋壳放大,将其横截面想象成一个石块堆积成的拱形。

 

当鸡蛋上方(即拱形上方)A 区受到压力时,由于B、C 的支撑,A 区无法下移,只能以分力 F1 与 F2 向 B、C 挤压。

 


而 B、C 两区将产生反作用力,与 F1,F2 相抵消,从而达到受力平衡

 

而鸡蛋壳是一个椭球形,由无数个拱形组成。所以,当鸡蛋受到外界压力时,可以将力分散到其他各点,也因此,鸡蛋能够承受住远大于其自身十几倍的重量。

 

不过这仅限于鸡蛋均匀受力时,比如单手握住鸡蛋,鸡蛋被包裹在我们的手掌中间,受到的力也将会被均匀分散到鸡蛋的各点。


而如果是磕鸡蛋,鸡蛋所受到的力将全部集中在一个点上,此时,鸡蛋就会很容易破。这就是为什么相比于磕鸡蛋,单手握碎鸡蛋并不那么容易!


 

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鸡蛋壳中的薄壳结构

 

鸡蛋的这种特殊性也让建筑师们受到了启发,并引申出了跨度广、用料少、且坚固耐压的建筑结构——「薄壳结构」

 

建筑中的薄壳结构就是曲面的薄壁结构,按照曲面生成的形式,可以将其细分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳、双曲抛物面壳等。

 


说起薄壳结构建筑,我们的国家大剧院就是典型代表之一,整个外形就是一个蛋壳。其整个壳体东西向长轴跨度 212.2 米,是目前世界上最大的穹顶

 

△ 国家大剧院


此外,举世闻名的悉尼歌剧院也运用了薄壳结构唷~其整体是由三组巨大的壳片组成的。

 

△ 悉尼歌剧院


东江大坝也是薄壳结构的一种,它是由我国自行设计建造的第一座双曲薄壳拱坝,其结构新颖,造型美观,在世界同类坝型中可是排行第二,亚洲排行第一的呢!

 

△ 东江大坝

 


由鸡蛋的特质探寻出自然界合理的建筑规律,这其实就是一种仿生建筑


其实我们身边有很多东西都是科学家们受到自然生物的启发而发明的,例如由带锯齿的小草受启发明了锯子

 

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