21.05.2025 04:53
andreybrylb 11 3200 Источник

Почему всё, что мы знали о прочности яйца — оказалось ошибкой

Если вы когда-то участвовали в «яичном челлендже» — где нужно сбросить яйцо с высоты так, чтобы оно не разбилось — скорее всего, вы держали его вертикально. За острый конец. Почти все так делают. Почему? Потому что считается, что в этой ориентации яйцо прочнее. Так говорят учителя, блогеры, популярные научные журналы. Мол, купольная форма, как у соборов или арок, отлично держит вертикальные нагрузки. Звучит логично.

Но оказалось, что это неправда. И не просто немного — а принципиально.

Мы провели сотни экспериментов, чтобы проверить, в какой ориентации яйцо действительно выживает чаще. Сжимали яйца между двумя плитами, роняли их с высоты, замеряли силу разрушения, моделировали всё в 3D, учитывая даже поведение желтка внутри. И снова, и снова получали один и тот же результат: яйцо, лежащее горизонтально, устойчивее. Оно реже трескается, дольше сопротивляется разрушению и поглощает больше энергии перед тем, как сдаться.

Кривые «сила–время» для падения яиц с различных высот в вертикальной (вверху) и горизонтальной (внизу) ориентациях. Каждая линия соответствует конкретной высоте падения, от 8.0 мм до 9.0 мм. Резкое падение кривой указывает на момент разрушения яйца. Линии, выделенные красным (вверху) и синим (внизу), показывают случаи, в которых произошло растрескивание.
Кривые «сила–время» для падения яиц с различных высот в вертикальной (вверху) и горизонтальной (внизу) ориентациях. Каждая линия соответствует конкретной высоте падения, от 8.0 мм до 9.0 мм. Резкое падение кривой указывает на момент разрушения яйца. Линии, выделенные красным (вверху) и синим (внизу), показывают случаи, в которых произошло растрескивание.

Вот парадокс. Если просто измерить силу, при которой яйцо трескается, — она почти одинакова для обеих ориентаций. Но вот если замерить, сколько энергии оно успевает поглотить до разрушения, то горизонтальное яйцо выигрывает почти на треть. Оно как будто более «гибкое», более терпеливое к нагрузке. И в этом — суть.

То, что мы называли прочностью, на деле оказалось жёсткостью. Вертикальное яйцо действительно жестче — оно почти не деформируется. Но именно это и делает его уязвимым. Оно не умеет гасить удар. А горизонтальное — чуть мягче. Оно прогибается, перераспределяет силу, и за счёт этого выживает. Эта разница — не в прочности материала, а в том, как работает форма.

(a) Несущие способности яиц часто описываются по аналогии с архитектурными арками, которые эффективно перераспределяют нагрузки. (b) В этом исследовании яйца статически нагружаются в двух ориентациях: вертикально (красный цвет, сверху) и горизонтально (синий цвет, снизу). В колонке справа показаны характерные схемы разрушения в каждом случае. Для лучшей визуализации трещины при вертикальной ориентации были усилены. (c) Экспериментальные зависимости "сила — смещение" для обеих ориентаций. Тонкие линии — отдельные тесты, толстые линии — средние кривые. (d) Смоделированные зависимости "сила — смещение", полученные из численных симуляций. Предсказания модели соответствуют общим тенденциям экспериментов: пиковая сила схожа, но при горизонтальной нагрузке яйцо ведёт себя более податливо. (e) Диаграмма в форме скрипки, показывающая количество энергии, поглощённой яйцом до разрушения, в обеих ориентациях. Диаграмма отображает медиану, межквартильный размах и распределение значений. Статистически значимая разница в энергопоглощении (p < 0.0001) указывает, что горизонтально нагруженные яйца способны поглотить больше энергии до разрушения.
(a) Несущие способности яиц часто описываются по аналогии с архитектурными арками, которые эффективно перераспределяют нагрузки. (b) В этом исследовании яйца статически нагружаются в двух ориентациях: вертикально (красный цвет, сверху) и горизонтально (синий цвет, снизу). В колонке справа показаны характерные схемы разрушения в каждом случае. Для лучшей визуализации трещины при вертикальной ориентации были усилены. (c) Экспериментальные зависимости "сила — смещение" для обеих ориентаций. Тонкие линии — отдельные тесты, толстые линии — средние кривые. (d) Смоделированные зависимости "сила — смещение", полученные из численных симуляций. Предсказания модели соответствуют общим тенденциям экспериментов: пиковая сила схожа, но при горизонтальной нагрузке яйцо ведёт себя более податливо. (e) Диаграмма в форме скрипки, показывающая количество энергии, поглощённой яйцом до разрушения, в обеих ориентациях. Диаграмма отображает медиану, межквартильный размах и распределение значений. Статистически значимая разница в энергопоглощении (p < 0.0001) указывает, что горизонтально нагруженные яйца способны поглотить больше энергии до разрушения.

Это всё звучит как мелкая правка в словах, но на деле — это другая картина мира. Мы привыкли мыслить категориями: прочный значит сильный, жёсткий — значит лучший. Но яйца показывают, что иногда выживает не тот, кто крепче, а тот, кто умеет гнуться. Как и мы: когда прыгаем, инстинктивно сгибаем колени. Жёсткая опора — и ты ломаешься. Гибкость спасает.

(a) Последовательность экспериментальных кадров, показывающих падение яиц в вертикальной (сверху) и горизонтальной (снизу) ориентациях. (b) Процент разбитых яиц при падении с трёх различных высот и в трёх ориентациях: горизонтальной (синий), вертикальной на острый конец (светло-красный) и вертикальной на тупой конец (тёмно-красный). На графике видно, что яйца, упавшие горизонтально, разбиваются существенно реже.
(a) Последовательность экспериментальных кадров, показывающих падение яиц в вертикальной (сверху) и горизонтальной (снизу) ориентациях. (b) Процент разбитых яиц при падении с трёх различных высот и в трёх ориентациях: горизонтальной (синий), вертикальной на острый конец (светло-красный) и вертикальной на тупой конец (тёмно-красный). На графике видно, что яйца, упавшие горизонтально, разбиваются существенно реже.

Такой вывод не только про яйца. Это про архитектуру, биомеханику, про то, как устроены живые и искусственные оболочки — от вирусов до автомобилей. Это ещё и урок о том, как язык влияет на мышление. Потому что когда мы говорим «в вертикальной ориентации яйцо прочнее» — мы делаем вывод, что оно и лучше сопротивляется ударам. Но это не так.

И да, теперь у нас есть ответ на вопрос, который мучает поколения школьников. Какое яйцо выживет при падении? То, что лежит на боку.

Комментарии (11)


  1. CatAssa
    21.05.2025 05:38
    #28331906

    всё, что мы знали о прочности яйца — оказалось ошибкой

    Шок.


  1. Haladdin
    21.05.2025 05:38
    #28331924

    Даже не знаю как к этом относиться. Раньше подобные статьи я видел опубликованными остепененными чуваками из испании и португалии. Я им даже немного завидовал - божимой заниматься такой херней и получать за это деньги! Например недавно я ссылался на статью одного такого испанца, который на умняках исследовал 3д модель игрушечной модели парового двигателя грассхоппер. И это было еще опубликовано в рецензируемом журнале и это "исследование" было выполнено в рамках какого-то "проекта" с финансированием!
    Но то что позволительно испанцам из не самого крупного вуза как-то позорно для массачусетского технологического. Ситуацию спасает только то, что первый автор статьи сам студент (остальных смотреть не стал). Но даже для студента (по крайней мере технической специальности) пассаж "Мы привыкли мыслить категориями: прочный значит сильный, жёсткий — значит лучший." простителен только если обращается он к вообще школьникам.


    1. koreec
      21.05.2025 05:38
      #28332222

      MIT это ладно, а то что оно в Nature напечатано никого не смущает?


      1. Haladdin
        21.05.2025 05:38
        #28332292

        На самом деле нет, если не существует других исследований, то данные могут считаться новыми. И да, бегло просмотрев статью я не нашел того позорного пассажа, соответственно его вы...давил из себя переводчик. Увы-увы. Все самое интересное он из статьи выкинул (методы исследования и численное моделирование), оставил только выводы, да и те снабдил соком уже своего мозга.


  1. axelan
    21.05.2025 05:38
    #28332014

    Эта разница — не в прочности материала, а в том, как работает форма.

    Не верю данному высказыванию, так как не приведена доказательная корреляция, чем курицу кормили: фермерское яйцо или с птицефабрики.


  1. materiatura
    21.05.2025 05:38
    #28332362

    Жду появления картонных упаковок для яиц где яйца "лежат", а не "стоят". Между прочим, птицы давно знают как правильней нагружать яйца при высиживании.


  1. Nuflyn
    21.05.2025 05:38
    #28332510

    Предыдущий рекорд дебилизма принадлежал статье об оптимальной варке яйца от итальянских исследователей. Теперь у нее конкурент - статья о разбивании яйца. Представляю какое поле для исследований дает яйцо пашот: сопряженная задача турбулентного тепломассообмена и кинетики денатурации белка. Можно выбить себе вычислительный кластер и год только уравнения писать. Белиссимо!


  1. viordash
    21.05.2025 05:38
    #28332512

    в молодости был такой челендж, попытаться раздавить двумя руками яйцо, которое зажато острым и тупым концами, никто из знакомых не мог.


  1. vesowoma
    21.05.2025 05:38
    #28332536

    И да, теперь у нас есть ответ на вопрос, который мучает поколения школьников. Какое яйцо выживет при падении? То, что лежит на боку.

    Правильно, которое лежит на боку и никуда не собирается падать. Я это и без статьи знаю)


  1. seriych
    21.05.2025 05:38
    #28332600

    То есть когда яйцо под углом не догадались попробовать? Кажется, что при таком методе должно получиться существенно выше. Часть энергии будет переходить во вращательный момент.