目的
演示雞蛋的弧形結構可讓他承受多大的重量。
實驗
實驗裝置:在準備的雞蛋上下方皆墊記憶泡棉,金屬器(置蛋的管及壓蛋的柱)在朝向雞蛋面皆黏上防震墊。於管測邊開口以方便觀察。
原理思考
雞蛋的殼只有比一張紙略厚的厚度,用單手一捏就破。稱得上是吹彈得破的脆弱程度。但為什麼它能撐起的人的體重而不破?
關鍵在於它的外型結構及使用泡棉包覆支撐。泡棉將力量均勻分布在蛋殼表面上並起緩衝作用,而蛋殼結構將上方所施的力由上半個蛋殼分配承擔。如下圖所示,在藍線部位,這些力量和地面承托的力量相互抵消,最妙的是這些力在這一區塊和蛋殼平行,因此蛋殼就不容易破碎。只要體重不是太重,蛋殼的外型將上下方向來的力道轉移到腰際來抵消,支撐它自已不破,這個結構承力的概念和古人設計拱橋的概念相似。
討論
1.既然蛋殼可如此輕易支撐一個人,那麼為何單手便可捏破雞蛋?
2.墊雞蛋用的泡棉可能有什麼樣的性質?
1.原理探究中說明了支持人時,力平行蛋殼而將力道轉移至其他位置抵消。但捏蛋時,力於各方向對蛋殼作用而難以分散(如右圖),於是蛋殼便一捏就破。[yt_br]
2.記憶泡棉(黃)可在影片中發現相當的軟,而防震泡棉(黑)則較硬。記憶泡棉使儀器加上重物時有著很好的緩衝效果,但記憶泡棉實在太軟了,所以加上軟度介於金屬與記憶泡棉之間的防震泡棉,可減少加上重物後記憶泡棉完全壓縮所造成的力道分布不均現象。
關於實驗
柱與管內徑要盡量接近,這樣在壓蛋時置重物較不會出現搖晃,重量也會較穩定作用在蛋上。
若未加記憶泡棉僅靠防震泡棉夾住雞蛋,最高承受重量可達到70kg左右,而加入記憶泡棉後,承重甚至可達90kg。
參考資料
B4-33: EGG CRUSHER(University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)
製作
V.1 戴伯誠
V.2 曾助理
指導老師
朱慶琪、易台生、鄭劭家
撰稿
戴伯誠、易台生