古代人常用“鸡蛋碰石头”来比喻自不量力。可见,鸡蛋是极易碎的,轻轻一磕就碎了。如果说鸡蛋能从十几米高的地方落下而安然无恙,需要运用科学的方法才能将不可思议的事情变为现实。现在就让我们赶紧走进这个神话吧。
首先,让我们明确一下从十几米的高空落下,若不计空气阻力,物体落地时的速度将达到十多米每秒。打一个比方，这就好比一辆时速达40km/h的汽车突然撞到了墙上,后果可想而知。如果不采取任何措施,不要说是鸡蛋,就是一块石头,恐怕也要粉身碎骨。
这样一件看似不可能的事情,是否就不可办到呢?科学的魅力正在于此，只要我们依据正确的科学道理,提出可行的解决方案,再经过一次次实践的检验,不断改进,是完全可以办到的。
一、科学道理:
(一)、理论依据:
1、确保鸡蛋在下落坠地过程中作用在鸡蛋上的力越小，这样鸡蛋就不容易碎了。
2、由空中垂直下落的物体所受空气阻力与空气的密度、物体的有效横截面积、下落的速率的平方成正比,物体下落经过一段时间将达匀速,这称为终极速率。
我们可以发现如下的一些日常现象:
雨滴在空气中下落,速度越来越快,所受空气阻力也越来越大。 当阻力增加到与雨滴所受重力相等时,二力平衡,雨滴开始匀速下落。
跳伞运动员在空中张开降落伞,凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力,得以比较缓慢地降落。这些都是这个公式在生活中的应用。
明白了这以后,就不会认为装置的加速度是9.8m/s2了。
3、一切物体都具有惯性。在“高空坠蛋”整个装置落地的一瞬间,装置静止,然而鸡蛋由于惯性,还会继续运动,造成与装置挤压、碰撞,容易损坏。如何将鸡蛋由于具有惯性而造成的影响降到最低,还需要我们进一步分析解决。
(二)、规则分析:
由于比赛规则有一个大前提就是鸡蛋不破,因此最重要的就是要保证鸡蛋不破,然后再考虑如何使装置重量尽可能小,使装置稳定性尽可能高。保证鸡蛋不破就要加强保护措施;重量尽可能小就要选用密度小的材料,能省就省;稳定性尽可能高,一是要投得准,二是装置受大气影响尽可能小。
(二)、规则分析
由于比赛规则有一个大前提就是鸡蛋不破,因此最重要的就是要保证鸡蛋不破,然后再考虑如何使装置重量尽可能小,使装置稳定性尽可能高。保证鸡蛋不破就要加强保护措施;重量尽可能小就要选用密度小的材料,能省就省;稳定性尽可能高,一是要投得准,二是装置受大气影响尽可能小。
二、方案设计:
有一定可行性的方案有以下几种:
1、降落伞型:
降落伞型,利用降落伞增大空气阻力,以使鸡蛋连同整个装置平稳落地。
这种方案最容易想到,因为跳伞、宇宙飞船减速,都运用了这个方法,效果很好。安全性极高,使整个装置达到较小的速度即可匀速下落。装置的重量也不会很重。唯一的缺点就是:受大气扰动影响太厉害,会使实验装置飘忽不定,准确性较差,往往不能落到指定位置,从而影响了比赛成绩。
2、外包装型:
外包装型,是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用,达到保护鸡蛋的目的。
这种方案也较容易想到。平常生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法相信大家都见到过。这的确是一个有效的方法。这种方案由于受空气阻力影响很小,所以准确性较高。由于所使用的材料都是密度极小的,所以可将整个装置的重量降到最低。但美中不足的是:整个装置是自由下落状态,到达地面时的速度较大,因而对装置的坚固度和缓冲效果要求较高,安全性稍差一点。
3、不倒翁型:
不倒翁型,就是使整个装置像不倒翁一样,把重心尽可能降低,使得装置下落时能保持稳定状态,确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了,从而节省了材料。
这种方案充分考虑到了上一种方案可能出现在空中翻滚现象,经过改进形成的。其可靠性远远高于第一种方案,材料更节省,准确性更高。美中不足的就是为了确保装置的重心降低,势必要在底部放上一个质量较大的物体,这就大大加重整个装置,将影响比赛成绩。
4、多面体型:
多面体型,就是把整个装置制作成一个多面体,将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央,使整个鸡蛋悬空。装置落地后,不论哪个面着地,鸡蛋都不会着地,鸡蛋就完好无损了。
这种方案无需额外的材料,只需要制作多面体的骨架和几根线即可,用料极其节省,因而重量会大大降低。因受空气阻力较小,所以稳定性较好。但这种方案也有一个大的缺点就是多面体不易扎制,结实程度不高,落地后可能会散架,鸡蛋也就岌岌可危了。
5、双气球型:
双气球型,就是将鸡蛋放在一个气球中,充入一定量空气,在外面再套一个气球,充入适量空气。这样两层气球之间就会形成一个气垫,会使鸡蛋免受地面的冲击。
这种方案所用材料应该是所有方案中最省的,重量只是两个气球的重量,几乎可以忽略不计。但这种方案有一个致命的缺点就是两层气球之间有一块是紧密接触的,没有气垫的保护,如果此面着地,一切都完了。另外,由于重量太轻,受空气扰动影响,其稳定性也不是很好。
6、螺旋桨型:
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