Ако яйцето се пусне настрани, вероятността да се счупи е по-малка, отколкото ако се пусне с един от двата върха.
Можете ли да пуснете яйце на кухненския си плот, без да го счупите? Ако приемете предизвикателството, може да се изкушите да ориентирате яйцето с острия му край надолу, тъй като този куполообразен връх може да изглежда като най-устойчивата в структурно отношение част на яйцето. Уви, изпускането на яйцето в тази вертикална ориентация би било грешка. В поредица от експерименти изследователите са показали, че пускането на яйцето настрани му дава най-голям шанс да оцелее при сериозно падане.
Яйцето предизвиква възхищение заради изненадващо здравата си структура, която може да издържи на натоварвания, 100 пъти по-големи от собственото му тегло. И все пак яйцата могат да се счупят при рязко почукване. Учителите и други преподаватели често използват яйца при демонстрации в класната стая.
Тал Коен (Tal Cohen), професор по инженерство, е била домакин на няколко такива събития в Масачузетския технологичен институт.
"Това е нещо като невъзможна мисия", отбелязва Коен. "Обикновено всички яйца се счупваха."
Въпреки това тя забелязва една тенденция в обсъжданията на студентите, както и във видеоклиповете в социалните медии от други демонстрации с яйца.
"Всеобщото схващане е, че яйцето трябва да е във вертикална ориентация, когато се удари в земята", посочва тя. Но от нейния опит не е имало ясни доказателства, че тази ориентация дава предимство.
a Носещата способност на яйцата често се описва по аналогия с тази на структурните арки, които ефективно преразпределят натоварванията. В тази работа се изследва колко валидна е тази аналогия. b Яйцата са статично натоварени в две ориентации: вертикално (червено, отгоре) и хоризонтално (синьо, отдолу). Експерименталните модели на пукнатини са показани във втората колона. За по-добра визуализация, линиите на пукнатини във вертикална ориентация са подчертани. Десните две колони показват подобни модели на пукнатини, получени от числени симулации. c Експериментални криви сила-изместване. Тънките линии представляват отделни тестове, докато дебелите линии показват средните криви за всяка ориентация. Непрекъснатите области на кривите преди и след напукване са осреднени поотделно. d Симулирани криви сила-изместване. e диаграма на абсорбираната енергия преди напукване. Графиката показва медианата, интерквартилния диапазон и разпределението на точките от данни. Има статистически значима разлика между абсорбираната енергия за различните ориентации ( p < 0,0001). Кредит: A. Sutanto et al.
Коен и нейните студенти решават да подложат на проверка общоприетата представа. Те внасят 180 яйца в лабораторията си и ги пускат в контролирана среда. Яйцата били пуснати от различна височина (между 8 и 10 мм) в една от трите ориентации: с острия край надолу, с тъпия край надолу и настрани. Резултатите показват, че ударите с острия и тъпия край водят до пукнатини с приблизително еднаква честота. Въпреки това яйцата, паднали настрани, оцеляват по-добре. При височина на падане 8 mm хоризонтално ориентираните яйца се пукат само в 5 % от случаите, докато вертикално ориентираните яйца се пукат в 55 % от случаите.
Dynamic Drop Test Experiment. Video: MIT Department of Civil and Environmental Engineering
За да разбере защо, екипът провежда статични тестове за натиск, при които бавно притиска яйцето или по дългата му вертикална ос, или по късата му хоризонтална ос на екватора. Тези тестове показват, че яйцата могат да издържат на една и съща сила и в двете посоки, като се счупват само когато силата надхвърли около 45 нютона. Това понасяне на натоварване на яйце може да обясни как 170-килограмов човек (700 нютона) може да застане върху щайга с две дузини яйца и да не ги счупи.
Въпреки това има разлика в начина, по който яйцата се деформират при натиск: Вертикално притиснатите яйца се деформират по-малко от хоризонтално притиснатите. Това наблюдение потвърждава общоприетото схващане, че яйцата са по-здрави по дългата си ос - това им помага да разпределят голямото натоварване по повърхността. Но твърдостта не е от полза при падане: По-полегатата хоризонтална ориентация позволява на яйцето да се огъне, но не и да се счупи при удара.
Така че защо толкова много хора имат погрешна преценка? Изследователите смятат, че причината се крие в терминологията: твърдост срещу якост.
"Твърдостта е силата, която трябва да приложите, за да деформирате обекта, докато якостта е енергията, която може да абсорбира обектът, преди да се разруши", обяснява Джоузеф Бонавия (Joseph Bonavia) от Масачузетския технологичен институт (MIT), който е работил по изследването.
Той обяснява разликата, като сравнява стъклена сфера с гумена топка. Стъкленото кълбо е твърдо и може да издържи голямо натоварване, но ще се разбие, ако падне на земята. Гумената топка е мека, но здрава и може да поеме енергията на удара. В случая с яйцето данните на екипа показват, че хоризонталната "жилава" посока може да абсорбира от 10 до 30 % повече от енергията на удара, отколкото вертикалната "твърда" посока.
а Поредица от експериментални снимки за вертикални (отгоре) и хоризонтални (отдолу) падания. b Процент на счупени яйца при падане от три различни височини в различни ориентации. Кредит: A. Sutanto et al.
Коен и колегите ѝ се надяват, че това проучване ще повлияе на бъдещи задачи, свързани с яйцата, и на обясненията, които ги съпътстват.
Тя смята, че тези предизвикателства дават възможност на преподавателите да обяснят терминологията и физиката зад поглъщането на енергия, което има важно значение за стратегиите за смекчаване на последиците от земетресения и за проектирането на ракети за многократна употреба.
Но след като счупи толкова много яйца, дали екипът черпи с гигантски омлет или с торта? За съжаление, не, казва Бонавия.
"Щом едно яйце попадне в химически опасна лаборатория, според правилника на университета то вече не е храна."
Справка: A. Sutanto et al., "Challenging common notions on how eggs break and the role of strength versus toughness,” Commun. Phys. 8, 182 (2025).
Източник: An Egg Survives Better When Dropped on Its Side, Physics
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
dolivo
Как „зеленото побутване“ стимулира устойчивите избори на хората
helper68
Натурални суперколайдери: Черните дупки могат да се използват ускорители на частици
dolivo
Учени възпроизвеждат сияйното египетско синьо, озарявало гробниците на фараоните
dolivo
Революция в залесяването: Японски дронове с изкуствен интелект засаждат дръвчета 10 пъти по-бързо от хората