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  • 趣味物理學:進階篇
  • (蘇)雅科夫·伊西達洛維奇·別萊利曼
  • 882字
  • 2023-09-27 10:50:57

敲碎一枚蛋的殼

在19世紀偉大的俄國作家果戈理的小說《死魂靈》中,有一個叫作莫基·基法維奇的角色,此人尤愛“研究哲學”,他曾經絞盡腦汁地思考過這樣一個問題:“假如大象是在蛋中出生的,那蛋殼豈不是很厚?我敢打賭,哪怕是用大炮也打不穿它,既然如此,就得發明一種新式的槍炮!”

我敢打賭,如果有人告訴這位哲學家,薄薄的蛋殼并不像看起來那么脆弱,他一定會驚詫萬分。像圖13那樣用手掌擠碎一枚雞蛋是很困難的,你需要花很大的力氣才能做到。如果你想試一試的話,一定要小心別被蛋殼的碎片扎到。

圖13 用這樣的方式壓碎雞蛋并不容易

蛋殼之所以如此堅固,是因為它具有拱形結構,這也是拱頂與拱門異常堅固的原因。

圖14向我們展示了一個拱形石窗。石窗中央的楔形石塊M承受著重量S(窗頂的磚墻重量),我們用箭頭A來表示這個壓力。根據平行四邊形法則,力A被分解成了兩個力,我們分別用CB來表示。這兩個力被相鄰的兩塊石塊提供的阻力所抵消,同樣地,這兩塊石塊也受到了與它們相鄰的石塊的阻力,因此,石窗不會被輕易地壓垮。不過,倘若從內側給予石窗壓力,就很容易破壞它,畢竟楔形石塊的結構可以防止墻體向下掉落,但無法防止墻體被向上推。

圖14 為什么石拱窗如此堅固

現在我們再來觀察一下蛋殼,它的構造也是拱形的,而且是一個拱形的整體,即使受到外力的壓迫,它也很難被擠碎。你可以嘗試一下將4個生雞蛋放到橡木桌的4個桌腳下,雞蛋也不會被壓碎(在做這個實驗時,最好將易黏附石灰質蛋殼的石膏黏在雞蛋周圍,以保證雞蛋不會西歪東倒)。

現在我們就能理解為什么孵蛋的母雞不用擔心自己會把雞蛋壓碎,而弱不禁風的雛雞只要輕輕一啄,就能破殼而出。

當我們用勺子從側面輕輕敲擊蛋殼,它馬上就會破裂,然而它抵擋了自然界中強大的壓力,為雞胚的發育提供了堅強的護盾。

蛋殼理論也解釋了看似脆弱的電燈泡為何如此堅固。而且,燈泡幾乎是中空的,內部沒有任何物質來抵御外部空氣的壓力,這意味著它比雞蛋更加堅固。要知道,一個直徑為10厘米的燈泡要承受75千克以上的合外力,相當于一個成年男性的體重。已經有實驗證明,如果是真空燈泡的話,承受的壓力甚至可以達到這個壓力的2.5倍。

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