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科学小实验 | 1个鸡蛋顶起了6块砖而不破,还能再加吗?

科学小实验 | 1个鸡蛋顶起了6块砖而不破,还能再加吗?
2022年01月25日 17:35 新浪网 作者
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魔力科学小实验 科学科普博主 泛科普视频自媒体

  

  被加速到每分钟2000转的纸片,破坏力远远超出想象,为何面对脆弱的鸡蛋却瞬间怂了?

  在回答这个问题之前,我们不妨做一个小测试:将一枚生鸡蛋握在掌心,手掌均匀施力,无论你用多大的力也无法将鸡蛋握碎。我就曾经测试过,使尽全力,结果鸡蛋没碎,我心碎了……

  

  既然鸡蛋如此坚硬,今天我准备了一些实心砖块进一步“摧残”鸡蛋,挑战一枚鸡蛋顶起多块砖而不碎,挑战能成功吗?鸡蛋又能承受几块砖的重量呢……本期实验揭晓(文末附实验视频)

  实验目的

  认识薄壳结构的科学原理及应用

  实验材料

  实心砖块若干、卷纸2个、生鸡蛋1枚

  操作步骤

  1.鸡蛋嵌入两个卷纸桶之间。

  2.将实心砖块慢慢累加在鸡蛋上方。

  3.累加至6块砖时,鸡蛋未破碎,还能再加吗?

  现象及原理

  通过上面的实验我们发现:嵌在两个纸巾间的生鸡蛋成功顶起了7块砖,承重约为10.5千克,依然没有破碎,而对于它的承重极限目前仍有待探究。

  蛋壳的厚度虽然只有约为0.4毫米,但它的拱形结构精妙的将所受的重力均匀地分散到鸡蛋的每一个部分,因此能承受较大的压力。这种特殊的薄壳结构被广泛应用于建筑领域。

  实验示范视频

  BGM:  Rafael Krux -  Inspiring Teaser

  拍摄/剪辑:科学奶爸

  

  关于鸡蛋壳你也许不知道的那些事

  蛋壳的基本成分是碳酸钙CaCO3,含量大约为83~85%,蛋白质15~17%,并含有微量元素(锌、铜、锰、铁、硒等),另有少量盐类及有机物。

  蛋壳有不少鲜为人知的用途,比如:

  1、治小儿软骨病。鸡蛋壳含有90%以上的碳酸钙和少许碳酸钠、磷酸氢等物质, 碾成末内服,可治小儿软骨病;

  2、减轻胃痛。每天服一个鸡蛋壳的量,分2次~3次在饭前或饭后用水送服,对十二指肠溃疡和胃痛、胃酸过多的患者,有止痛、制酸的效果;

  3、消炎止痛。用鸡蛋壳碾成末外敷,有治疗创伤和消炎的功效;

  4、洗衣服。可把蛋壳捣碎,装进薄布袋或丝袜里,然后放入盆中用热水浸泡5分钟后取出,用此水清洗衣服,格外白净;

  5、去水垢。烧开水的水壶有一层厚厚的水垢,坚硬难除,用它煮两次鸡蛋壳,即可全部去掉;

  6、灭蚂蚁。把蛋壳用火煨成微焦以后碾成粉,撒墙角处,可以杀死蚂蚁;

  此外,还可以养花、去除鼻子上的黑头、治疗腹泻、驱除鼻涕虫、清洗杯子及果汁机、防家禽家畜缺钙、做漂白剂等等,用途非常广泛。

  绝妙的薄壳结构

  鸡蛋的外壳是一层厚度约为0.4毫米的薄壳,质地坚硬,其厚度与长度之比约为1:130,以其特有的蛋形曲线塑造了它的拱形外观。

  之所以能承受如此之大的重力,主要得益于它的拱形结构。今天的实验里,一枚鸡蛋顶住了7块砖而不破碎,我们可以简单分析一下它的受力情况,也许能解开其中的谜团。

  砖块施加给鸡蛋的重力(G)是竖直向下的,蛋壳的拱形使得受力点A不能向下移动,只能往两边推,于是分力F1、F2分别挤压B和C处,以此类推,B、C也会对相邻区域施加相同的作用力,因此施加给鸡蛋的重力就这样一传十、十传百的被均匀分散了,因而能承受重压。

  在建筑学上,这种特殊的结构有一个专属名词叫做薄壳结构。

  这种结构的特点是曲度均匀,轻盈耐压,可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分,从而减少受到的压力。许多建筑物都运用了薄壳结构的原理。比如众多的体育馆、歌剧院、水库大坝、人民大会堂、北京火车站,还有矗立千年不倒的赵州桥都是运用鸡蛋的薄壳结构原理建成。

  值得一提的还有被称为“城市中的剧院,剧院里的城市”的中国国家大剧院。剧院壳体钢结构重达6475吨,东西向长轴跨度212.2米,是目前世界上最大的穹顶。整个剧院没有一根立柱支撑,全靠拱形钢梁承重,堪称薄壳结构技术的天花板级应用。

中国国家大剧院 / 图片源于网络,侵删

  “中国国家大剧院要表达的,就是内在的活力,是在外部宁静笼罩下的内部生机。一个简单的 “ 蛋壳 ”,里面孕育着生命。这就是我的设计灵魂:外壳、生命和开放。”

  在国家大剧院落成试演的当天,总设计师保罗.安德鲁如是说。

  据国外资料记载,在受力均匀的情况下,一枚鸡蛋大约能承受34.1千克的重量。奇妙的鸡蛋为我们展现了以最少的材料造出最大的空间, 并且能够承受很大的力,这是大自然赋予人类的杰作。

  在"山光物态弄春晖"的自然界中,像鸡蛋那样的薄壳结构是如此的丰富多彩而变化万千, 比如禽蛋、贝壳、蚌、螺、蜗牛、豆荚、种子、果壳、头颅……等等。

  它们以最合理、最自然、最经济、最有效、最进步、最优美的形式竞相媲美,争放异彩。

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