麻省理工研究推翻传统认知,证明鸡蛋侧卧比直立更能抵御冲击,揭示其吸能奥秘,启发科学探究精神。
鸡蛋看似脆弱,却藏着物理学的奇迹。多年来,科学课堂和科普视频反复宣扬一个“真理”:鸡蛋在垂直跌落时最坚韧,尖端朝下最不易碎。这个观念根深蒂固,甚至成为全国科学、技术、工程和数学教育中经典“鸡蛋坠落挑战”的核心,引导学生探索冲击力、动能和工程设计的奥秘。然而,麻省理工学院的工程师们决定挑战这一常识,结果却让人大跌眼镜:鸡蛋侧卧时远比直立更抗摔!这项发现今日刊登在《物理通讯》期刊,不仅颠覆了传统认知,还带来了一堂关于好奇心与科学精神的生动课。
每年,麻省理工土木与环境工程系的新生 orientation 都会迎来热闹的鸡蛋坠落比赛。副教授Tal Cohen回忆:“我们照着文献教学生如何摆放鸡蛋以防碎裂,通常是垂直放置。”但三年前,Cohen和他的团队开始怀疑这个“真理”。“我们读到的网上资料都说垂直更强,但真的如此吗?”带着疑问,他们决定用实验室里剩下的一箱鸡蛋一探究竟。最初,他们期待验证传统说法,可数据却模糊不清,激发了一场更严谨的研究。
研究团队设计了两类实验:静态压缩测试,逐步施加压力,测量鸡蛋在垂直和水平方向的刚度和韧性;动态跌落测试,从不同高度释放鸡蛋,观察破裂概率。本科生研究员Avishai Jeselsohn解释:“静态测试中,我们用薄纸支撑精确定位鸡蛋,确保垂直或水平受力,直到它开裂。”结果出乎意料:无论哪种方向,引发裂纹所需的力几乎相同。但关键区别在于,水平鸡蛋在破裂前压缩程度更大,表现出更强的顺应性。
博士候选人Joseph Bonavia补充:“水平鸡蛋在相同力下压缩更多,意味着它更柔韧,能吸收更多能量。”通过机械建模和数值模拟,团队验证了这一发现:水平鸡蛋因其顺应性在跌落时更耐冲击。为进一步确认,他们设计了动态跌落装置,使用电磁阀和3D打印支撑确保鸡蛋以一致的姿态释放。结果清晰无误:从相同高度跌落,水平鸡蛋的破裂率显著低于垂直鸡蛋。
Jeselsohn兴奋地说:“这证实了静态测试的发现。水平鸡蛋能更好地吸收能量,抗摔能力更强。”这一结论颠覆了普遍认知。博士候选人Brendan Unikewicz指出,日常经验可能加深了误解:“我们做煎蛋时常侧敲鸡蛋,觉得它脆弱,但那是为了精准破壳取出蛋黄。抵抗跌落冲击则不同,关键在于分散和吸收能量。”垂直鸡蛋虽然更硬,却更脆;水平鸡蛋则像缓冲器,通过弯曲吸收能量,类似人在摔倒时弯曲膝盖以减轻冲击。
Bonavia打了个比方:“弯曲的腿看似‘弱’,但在吸收冲击时更强韧。鸡蛋也是如此,韧性不仅是抗力,更是能量消散的方式。”这一发现不仅解开了鸡蛋的力学之谜,还传递了更深层的科学启示:即便是广为接受的“真理”,也值得重新审视。
都柏林三一学院机械、制造与生物医学工程系名誉教授David Taylor对此评论道:“看到‘常识’被科学验证为错误,真是振奋。科学文献中不乏此类案例,但在某些领域,挑战既有理论很难获得资助。”他虽未参与研究,却对这一发现的意义深感认同。
研究始于一次随意的疑问,却揭示了科学的魅力。Cohen感慨:“我们的工作提醒人们,质疑常识、依靠实证的重要性。”他希望这一发现激励学生保持好奇,勇于挑战熟悉的假设。每年鸡蛋坠落比赛的喧闹中,学生们或许会因为这一研究而重新思考:那个被小心翼翼垂直放置的鸡蛋,是否该换个姿势?