数字揭穿:不起眼的鸡蛋能支撑一个人的体重吗?
2020年,仅美国就生产了991亿个鸡蛋,显示出人们有多么喜欢它们,无论是煎的、水煮的、煮的还是炒的。然而,这些小蛋白质包经常被忽视的一点是,由于它们独特的双曲线形状,它们的结构有多么坚固。通过在整个结构上均匀地分配重量,鸡蛋的拱形、圆顶形状可以承受惊人的重负荷的压力。为了验证这一点,你可以在家里做一个实验,试着用手捏碎一个鸡蛋。(免责声明:在水槽上做这个!如果你真的足够强壮,可以用这种方式打鸡蛋,你也会是那个必须清理的人)。比你想象的要难,对吧?!
尽管鸡蛋可以承受很高的压缩力,但它承受拉力的能力非常低。这就是理解压缩力和拉伸力之间的区别很重要的地方。压缩是施加于物体外部的力,将其推向物体的中心。另一方面,张力是一种从物体中心移开的拉力和拉伸力。这就解释了为什么蛋可以抵抗一种分散的压力,但当小鸡从蛋里啄出来或敲在平底锅上时,蛋就会破碎。
为了制作一个精确的鸡蛋模型,Altair®无线电®是使用。Radioss是一个领先的分析解决方案,用于评估和优化产品在动态载荷下的高度非线性问题的性能。在全球所有行业中使用,它提高了复杂设计的耐撞性、安全性和可制造性。
对于我们提出的方案,我们并不是在测试一辆车的耐撞性。尽管如此,对于这位敬业的工程师来说,研究站在几个鸡蛋上所涉及的动态载荷无疑是当务之急。
我们的模型是为了准确地反映鸡蛋的各种自然材料和元素,结合了一系列可用的材料库。例如,我们的光滑粒子流体动力学模型结合了现实的流体力学材料和状态方程计算来表示鸡蛋的蛋白、蛋黄和空气细胞部分。蛋壳本身采用弹塑性材料模型,并根据蛋壳的实际行为确定了失效点。结合这些不同的材料模型是使Radioss与众不同的特点之一,考虑多种材料用于真实世界的应用。bob电竞官方
例如,这些广泛的材料定律和裂纹扩展的断裂准则,使真实地模拟脆性材料(如挡风玻璃)成为可能,从而实现更可预测的模拟、优化和稳健的研究。Radioss提供高效、可靠和强大的多物理解决方案,结合结构、机制、流体、热和电磁效应,解决所有行业的动态问题。
回到我们重要的研究。为了测量鸡蛋模型的纵向强度,我们设置了三种场景,使用不同的材料来压缩鸡蛋:硬泡沫、软泡沫和厚的软泡沫。结果表明,在这个方向上,鸡蛋所能承受的最大力大约是500牛顿,来自硬泡沫的力。
当卵子受到侧向挤压时,结果发生了巨大的变化。坚硬的泡沫用大约100牛顿的力打破了鸡蛋。有趣的是,厚而软的泡沫现在可以让鸡蛋在破裂前承受大约500牛顿的力。众所周知,鸡蛋的横向方向对压缩力的抵抗力要小得多,而厚厚的、柔软的泡沫的组成可能是一个因素。
为了表示一个人试图仅用握力打破鸡蛋的压缩力,使用了一个包裹泡沫。由于压缩力均匀地分布在鸡蛋上,它可以承受大约600牛顿的力!
回到我们最初的问题,一个不起眼的鸡蛋能承受一个人的重量吗?很明显,仅仅一个鸡蛋是不允许这种情况发生的。然而,鸡蛋的力量来自于它利用双曲线形状分配压力的能力。当使用多个鸡蛋时,抗压强度大幅度提高。我们的结果表明,24个卵子确实可以支持一个人,但装载平稳。仅仅是跳到他们身上就会导致混乱!在之前的结果中使用的不同泡沫变体用于提供不同的加载条件,松散地代表了人体皮肤和人体足的动态行为。在我们的分析中,24个鸡蛋可以轻松承受大约75公斤的重量。
不仅仅是我们思考了如此重要的问题,因为互联网上似乎充斥着类似实验的例子,许多人把它推向了疯狂的程度。一项实验甚至表明休息是可能的两辆被碾碎的汽车躺在一堆鸡蛋上!我们不知道他们用了多少鸡蛋成功地完成了这个“鸡蛋实验”,但从表面上看,他们可以做很多煎蛋卷!