MIT研究颠覆百年常识，鸡蛋这样摔最抗造！

2025-05-21 11:02科技之最

（来源：MIT News）

在课堂和科普视频中，人们普遍接受并反复传播这样一个科学常识：鸡蛋直立坠落时（以尖端着地）承压能力最强。但当麻省理工学院的工程师们对这一假设进行实际验证时，却意外破解了一个颠覆认知的真相。

实验表明，鸡蛋侧向坠落时的抗冲击能力其实远超直立状态——这要归功于一个巧妙的物理机制：横向坠落的鸡蛋会像减震器一样弯曲，通过牺牲刚性换取更强的能量吸收能力。

这项发表在 Communications Physics 期刊上的研究，不仅改写了经典“鸡蛋坠落挑战”的规则，更给世人上了一堂关于科学谦逊与求知的课：只要保持严谨态度和开放思维，即便是“公认”的科学结论也可能带来惊喜。

挑战传统观念

乍一看，蛋壳似乎很脆弱，但其结构强度实则是物理学的奇迹。当我们侧向敲开鸡蛋制作早餐时，鸡蛋非常容易破裂。这种直觉让我们更加深信：鸡蛋直立时更不易破碎。这个观念长期以来一直是全美 STEM 课堂经典鸡蛋坠落挑战的基石——该活动通过让学生设计防摔装置，帮助他们理解冲击力、动能与工程设计等物理概念。

在麻省理工学院土木与环境工程系，年度鸡蛋坠落大赛堪称新生入学活动的重头戏。“我们每年都会依据科学文献指导学生如何摆放鸡蛋以避免撞击破裂，”土木与环境工程系兼机械工程系副教授 Tal Cohen 解释道，“但三年前，我们开始质疑：直立状态是否真的最坚固？”

这种好奇心引发了 Cohen 研究小组的初步实验。他们作为该系“鸡蛋坠落赛事”的主办团队启动了初步实验。“据网上查阅的资料，我们原本预期能证实直立状态更坚固，但分析数据时，结果却扑朔迷离。”Cohen 坦言。

因此，这场始于随性探究的测试最终升级为正式研究项目。为系统比较两种摆放方式的承压能力，研究人员设计了两类实验：静态压缩测试通过逐步施压测量蛋壳刚度与韧性；动态坠落测试则用于量化不同姿态下的破碎概率。

Cohen 的团队进行了一系列严格且可控的 180 次跌落测试，以定量分析鸡蛋对不同方向撞击的反应。他们将鸡蛋从 8 毫米、9 毫米和 10 毫米三个高度垂直和水平跌落到坚硬表面上。结果令人震惊：与水平跌落的鸡蛋相比，垂直跌落的鸡蛋在明显较低的跌落高度下破裂。更具体地说，即使在最低测试高度 8 毫米（无论从哪个方向跌落），超过一半的垂直跌落鸡蛋都会破裂，而水平跌落的鸡蛋在相同高度出现破裂的比例不到 10%。

为了补充跌落测试，研究人员进行了压缩实验，以进一步表征鸡蛋在不同载荷条件下的力学行为。值得注意的是，在垂直和水平方向上，压缩并压碎鸡蛋所需的力几乎相同——约为 45 牛顿。然而，水平受力的鸡蛋在破裂前表现出更大的压缩变形，表明其在该方向上具有更优异的能量吸收能力。这表明，虽然垂直载荷赋予了鸡蛋刚度，但并没有增强其韧性或承受高能冲击的能力。

从材料科学的角度来看，刚度、强度和韧性之间的区别至关重要。刚度反映材料抵抗形变的能力，强度对应材料能承受的最大应力，而韧性则表征材料断裂前吸收能量的能力。鸡蛋在垂直受压时表现出更高的刚度但较低的韧性，这种特性使其更脆且易破裂；相反，水平方向受力时，蛋壳“赤道区域”更高的延展性得以显现——这种结构特性使蛋壳能通过更大形变来分散冲击能量，从而避免结构性破坏。

先入为主的谬误

这项研究揭示了科普界对鸡蛋抗冲击能力的一个普遍误解。即使是经验丰富的断裂力学研究人员最初也认为直立摆放的鸡蛋更坚固。

日常经验又不断强化了这种误解。毕竟，我们在烹饪时总是侧向敲碎鸡蛋。“但这与抗冲击性完全不同，”论文作者之一、博士生 Brendan Unikewicz 解释道，“烹饪时的敲击需要集中局部力量以干净利落地获取，而抗摔性则关乎蛋壳整体分散和吸收能量的能力。”

两者的差异微妙却至关重要。直立鸡蛋虽然更刚硬，但在突发外力下更易脆裂；横向鸡蛋则凭借更好的柔韧性，通过更大形变距离来吸收能量——就像跌倒时屈膝能缓冲冲击一样。

“某种程度上，双腿弯曲时看似‘更弱’，实则能更有效地吸收冲击，”博士生 Joseph Bonavia 补充道，“鸡蛋也是如此。韧性不仅关乎抵抗外力，更在于如何消散这些能量。”

这项研究的价值不仅在于揭示鸡蛋的特性，更印证了一个更宏大的科学原则：那些被广泛接受的“真理”，值得被重新审视。

“很高兴看到这个案例——一个‘公认常识’被科学验证并推翻。科学文献中不乏此类例子，在某些领域这甚至成为难题，因为挑战‘众所周知’的理论往往难以获得资助，”都柏林圣三一学院机械、制造与生物医学工程系荣誉教授 David Taylor 评价道，他未参与本研究。

除此之外，上述成果对仿生工程也具有重要意义。仿生工程可以利用蛋壳等生物材料作为模板，设计出轻质但坚固的结构部件。蛋壳在不同方向承受冲击的能力差异，或许与工程材料在实际应用中对动态载荷的响应方式相似——从车辆耐撞性到航空航天结构的弹性。未来的研究可以探索这些相似之处，利用鸡蛋的天然结构来创新更高效、更耐损伤的材料。

原文链接：

https://news.mit.edu/2025/mit-engineering-students-crack-egg-dilemma-sideways-stronger-0508