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一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

前几天

新年戏曲晚会在国家大剧院举行

鸡蛋一样的外形引来不少建筑爱好者的驻足拍照

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验) 

地处北京的国家大剧院的壳体

由18000块轻盈坚固的钛金属板构成

是世界上最大的穹顶

整个剧院却没有一根立柱支撑

全靠弧形横梁承载6475吨重的壳体

可谓薄壳结构技术应用的巅峰之作

什么是薄壳结构?

一起来这个关于鸡蛋的神奇力学实验中寻找答案吧

材料

鸡蛋/固定胶带/砖头

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

 

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

步骤
-第一步-

将鸡蛋竖直,两端用胶带套住

确保鸡蛋两端不会露出胶带卷

然后将其竖直放置在平面上

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

-第二步-

将砖块放在鸡蛋上

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

通过增加砖块个数逐渐增加鸡蛋承重

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-第三步-

检测鸡蛋的极限承重

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注意事项

实验过程中需要爸妈陪伴

为了防止鸡蛋破碎漏出

最好事先在鸡蛋下垫入旧报纸方便收拾

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

原理

不就是一个小小的鸡蛋吗,怎么会如此坚硬,难道鸡蛋里有一层坚不可摧的盔甲?其实秘密就在于鸡蛋表面不到2毫米的小薄壳,蛋壳外形的结构能够通过精妙的弧度,将压力分散到蛋壳的每一部分。通过上面的实验我们发现,鸡蛋看起来小小的又很脆弱,但它小小的身体里可是蕴藏着大能量,承重力非常强大,当我们持续往鸡蛋上施加约2.3千克的砖头,总承重力在11.5千克时,鸡蛋仍然保持完好无损的状态。

以下图为例进行分析,鸡蛋受到竖直向下的重力,由于蛋壳的特殊形状,受力点A不能向下移动,而只能以分力F1、F2挤压B和C处,以此类推,B、C也会对相邻区域施加相同的作用力,这样重力就会被分散。鸡蛋壳的拱形结构使得鸡蛋能承受较大的压力。

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

蛋壳的这种结构被称为薄壳结构,特点就是用曲度均匀、轻盈却耐压,除了贝壳、龟壳之外,建筑学中这一原理也被大量采用。比如孩子们比较熟悉的赵州桥的拱形结构就利用这一原理矗立了千年。

一个鸡蛋上能放5块砖头吗?(压力小实验)

在国外,从20世纪中期开始,薄壳结构型建筑就进入了飞速发展期,因为轻盈易建造,用经济有限的材料就能够建造出牢固又充满设计感的屋顶,越来越多的拱形建筑被建造出来。

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