Боитесь разбить яйцо? Роняйте его на бок: ученые нашли самый безопасный способ уронить яйцо
Как сбросить куриное яйцо с высоты так, чтобы оно не превратилось в омлет на асфальте? Наверняка многие предположили бы, что безопаснее всего ронять яйцо вертикально, острым или тупым концом вниз. Ведь так оно кажется более устойчивым, правда? А вот и нет! Недавнее исследование, опубликованное в журнале Communications Physics, переворачивает наши интуитивные представления с ног на голову, или, точнее, с конца на бок.
Когда интуиция спотыкается о науку: прочь, старые заблуждения!
Удивительно, но факт: яйца куда менее охотно раскалываются, если их уронить на бок. Да-да, именно так. Учёные под руководством Таля Коэна провели серию дотошных экспериментов, имитирующих тот самый «яичный вызов». И что же они выяснили? Распространённое убеждение, что яйцо крепче при вертикальном падении, оказалось… обычным заблуждением.
Так в чём же дело? Почему мы так упорно верили в вертикальную суперсилу яйца? Авторы исследования полагают, что корень проблемы кроется в путанице понятий. Мы часто смешиваем жёсткость, прочность и ударную вязкость. Позвольте объяснить на пальцах.
- Жёсткость — это способность материала сопротивляться деформации. Представьте себе стеклянную палочку: она довольно жёсткая, её сложно согнуть.
- Прочность — это способность материала выдерживать нагрузку, не разрушаясь. Та же стеклянная палочка может быть прочной до определённого предела.
- А вот ударная вязкость (или, говоря проще, стойкость к разрушению при ударе) — это способность материала поглощать энергию удара. И вот тут стекло нас подводит — оно хрупкое, его ударная вязкость низкая. А вот кусок резины, хоть и не такой жёсткий, может обладать отличной ударной вязкостью.
Яйцо, как выясняется, при вертикальном сжатии действительно демонстрирует большую жёсткость. То есть, оно лучше сопротивляется изменению формы, когда давят на его «макушку» или «донышко». Но, как мы теперь понимаем, высокая жёсткость — это ещё не гарантия того, что оно не треснет от резкого удара.
За кулисами краш-теста: как учёные били яйца (во имя науки!)
Чтобы докопаться до истины, исследователи не пожалели ни яиц, ни времени. Они провели целых 180 тестов на падение! Шестьдесят яиц сбросили с высоты 8 миллиметров, ещё шестьдесят — с 9 мм, и столько же — с 10 мм. И всё это на твёрдую, неумолимую поверхность.
Результаты оказались весьма красноречивыми. При падении с 8 миллиметров более половины яиц, ориентированных вертикально, дали трещину. Причём не имело значения, какой конец был направлен вниз — острый или тупой. А вот среди их «горизонтальных» собратьев, падавших на бок с той же скромной высоты, пострадало менее 10%! Чувствуете разницу?
Но это ещё не всё. Учёные также подвергли 60 яиц тестам на сжатие, чтобы измерить, какую силу нужно приложить, чтобы их раздавить. И тут любопытный момент: для разрушения яйца что в вертикальном, что в горизонтальном положении, требовалось одинаковое усилие — около 45 ньютонов (это примерно как если бы на яйцо поставили пятикилограммовую гирю). Однако яйца, которые сжимали с боков, оказались более «податливыми» — они могли деформироваться, то есть сжаться, сильнее, прежде чем скорлупа скажет «кряк».
Секрет экватора: где у яйца «подушка безопасности»?
Так в чём же секрет этой боковой стойкости? Исследователи предполагают, что всё дело в большей гибкости яичной скорлупы по «экватору» — самой широкой его части. Именно эта гибкость позволяет яйцу лучше поглощать энергию удара, когда оно приземляется на бок. Скорлупа как бы немного прогибается, амортизирует, распределяя нагрузку по большей площади и снижая риск образования трещины.
Представьте себе арку или купол — эти конструкции славятся своей способностью выдерживать большие нагрузки благодаря распределению веса. Яичная скорлупа, по сути, тоже своего рода природная купольная система. И похоже, что при боковом ударе эта система работает эффективнее всего, позволяя «рассеять» энергию столкновения.
Можно даже осторожно предположить, что такая форма не случайна с точки зрения эволюции. Возможно, она обеспечивает оптимальную защиту для будущего птенца при определённых типах внешних воздействий в гнезде, или даже при самом процессе кладки. Хотя, конечно, это уже область догадок, требующая отдельных исследований.
От кухонного стола до чертежей инженеров: чему нас учит хрупкое яйцо?
Казалось бы, ну разбили учёные пару сотен яиц, ну выяснили, как они бьются эффективнее — что с того? А ведь такие, на первый взгляд, незамысловатые исследования могут иметь далеко идущие последствия. Авторы работы предполагают, что их выводы могут найти применение в инженерном деле.
Понимание того, как природные структуры, отточенные миллионами лет эволюции, реагируют на динамические нагрузки (то есть, на удары), может подсказать инженерам новые подходы к проектированию. Например, при создании ударопрочных упаковок, защитных элементов или даже при расчёте конструкций зданий и сооружений, которые должны выдерживать различные воздействия. Кто знает, возможно, секрет прочности будущего суперматериала или инновационного амортизатора кроется в обычном курином яйце?
Так что в следующий раз, когда будете готовить яичницу, вспомните: эта простая и привычная вещь — на самом деле маленький шедевр природной инженерии, полный неожиданных секретов. И кто знает, сколько ещё таких открытий ждёт нас в самых обыденных предметах вокруг? Наука тем и прекрасна, что умеет находить удивительное в простом. А нам остаётся только удивляться и, конечно, стараться не ронять яйца — ни вертикально, ни на бок!
