“雞蛋撞地球”比賽探秘

“雞蛋撞地球”（高空墜蛋）比賽是一項(xiàng)富有知識(shí)性、技術(shù)性、應(yīng)用性與挑戰(zhàn)性的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，已在許多國(guó)家的中小學(xué)廣泛開展并得到推廣，深受學(xué)生的歡迎。現(xiàn)將與之相關(guān)的問題作一介紹。

一、比賽規(guī)則

1.總體要求：將一個(gè)采取了一定保護(hù)措施的雞蛋從一定高度 的樓頂自由釋放，在雞蛋不破碎的前提下，整個(gè)裝置的質(zhì)量（不包括雞蛋）越小，落地點(diǎn)距指定點(diǎn)越近，其比賽成績(jī)就越靠前。

2.具體細(xì)則：選用一個(gè)50g左右的雞蛋，從5樓（約15～20m）高處落下，保證雞蛋不破碎，落到一個(gè)半徑為1.5m的圓中，裝置的質(zhì)量盡量小（在30g以內(nèi)）。

二、理論依據(jù)

1.動(dòng)量定理：設(shè)雞蛋的質(zhì)量為m，雞蛋落地時(shí)速度為v，雞蛋與地面的碰撞時(shí)間為t，地面對(duì)雞蛋的平均作用力為F，由動(dòng)量定理

2.要素分析：要使雞蛋不破碎，就要設(shè)法減小F。一方面可以

通過增大阻力來(lái)減小落地時(shí)的速度v，另一方面可以通過增大與地面的緩沖時(shí)間t來(lái)減小碰撞力。

三、可行性方案

比賽獲勝的大前提就是雞蛋不破，雞蛋一旦破了，選手便會(huì)被淘汰。因此，最重要的是要保證雞蛋不破，然后再考慮如何使裝置的質(zhì)量盡可能小，使裝置的穩(wěn)定性盡可能高。保證雞蛋不破就要較強(qiáng)保護(hù)措施；裝置的質(zhì)量盡可能小就要選用密度小的材料；穩(wěn)定性要盡可能高，一是落點(diǎn)要投得準(zhǔn)，二是裝置受大氣影響盡可能小。常見的可行性方案有以下幾種：

1、降落傘型

顧名思義，就是利用降落傘，增大空氣阻力，以使雞蛋連同整個(gè)裝置的落地速度減小。這類裝置安全性極高，能使整個(gè)裝置達(dá)到較小的落地速度。裝置的質(zhì)量也不會(huì)很大。唯一的缺點(diǎn)就是：受大氣擾動(dòng)影響太大，會(huì)使實(shí)驗(yàn)裝置飄忽不定，定位準(zhǔn)確性較差，從而影響比賽成績(jī)。

2、外包裝型

就是運(yùn)用較多的減震材料（如泡沫、棉花、各種填充材料）將雞蛋嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)地包裹起來(lái)，通過這些材料的緩沖作用，達(dá)到減小作用力，保護(hù)雞蛋的目的。這種方案由于受空氣阻力影響很小，所以準(zhǔn)確性較高。由于所使用的材料都是密度極小的，故可將整個(gè)裝置的質(zhì)量降到最低。但美中不足的是：整個(gè)裝置是自由下落狀態(tài)，到達(dá)地面時(shí)速度較大，安全性稍差些。

3、不倒翁型

就是使整個(gè)裝置像不倒翁一樣，把重心盡可能降低，使得裝置下落時(shí)能保持穩(wěn)定狀態(tài)，確保始終讓一個(gè)面著地。那么保護(hù)工作只需要在這一個(gè)面做好就行了，從而節(jié)省了材料。這種方案可以避免空中翻滾現(xiàn)象，定位可靠性、準(zhǔn)確性很高。美中不足的是：為了確保裝置的重心降低 ，勢(shì)必要在底部放上一個(gè)質(zhì)量較大的物體，這就大大加重了整個(gè)裝置，將影響比賽成績(jī)。

4、多面體型

就是把整個(gè)裝置制作成一個(gè)多面體，將雞蛋用結(jié)實(shí)的繩子固定在多面體的中央，使整個(gè)雞蛋懸空。裝置落地后，不論哪個(gè)面著地，雞蛋都不會(huì)著地，雞蛋就完好無(wú)損了。種方案無(wú)需額外的材料，只需要制作多面體的骨架和幾根線即可，用料極少，因而裝置的重量會(huì)大大降低。因受空氣阻力的影響較小，所以穩(wěn)定性也較好。但此方案有一個(gè)大的缺點(diǎn)是：多面體不易扎制，結(jié)實(shí)程度不高，落地后可能會(huì)散架，打破雞蛋。

5、螺旋槳型

就是在整個(gè)裝置上方安置一個(gè)螺旋槳，靠流動(dòng)的空氣推動(dòng)或遙控，使螺旋槳轉(zhuǎn)起來(lái)，以提高安全性和準(zhǔn)度。這極像直升機(jī)的飛行原理。這種方案因螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)而減小了裝置落地時(shí)的速度，安全性更高。存在的問題是：保證螺旋槳是中超尚且平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)有難度。

6、鹽水袋型

就是配密度很大的氯化鈉溶液，讓雞蛋飄浮在上面，落地后鹽水就充當(dāng)了緩沖材料，保證雞蛋不破。這種方案新穎獨(dú)特，用鹽水作緩沖，安全性較高，受到空氣阻力的影響很小，準(zhǔn)確性較高。唯一的缺點(diǎn)是：難以控制裝置在空中翻滾，整個(gè)裝置的重量問題也是不容忽視的。

7、吸管組型

就是用幾根吸管綁在一起做成吸管組，將幾組吸管組搭成金字塔形，將雞蛋夾在中間，用膠條固定。吸管由于是中空的，可以起到緩沖作用。這種方案的材料來(lái)源廣泛，重量輕、體積小，因而準(zhǔn)確性較好。美中不足的是安全性要差一點(diǎn)，因?yàn)槲艿木彌_作用畢竟有限。

四、結(jié)論分析

比賽結(jié)果受當(dāng)時(shí)的天氣狀況（風(fēng)力大小、風(fēng)向），場(chǎng)地情況（裝置落點(diǎn)的地面松軟、堅(jiān)硬程度），裝置制作情況（裝置整體或局部的牢固程度），雞蛋的大小和形狀（雞蛋的形狀越規(guī)則、體積越小，越不容易破）等眾多因素的影響。

處處留心皆學(xué)問。高空墜蛋，看似不可能完成的事情，但只要我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、去實(shí)踐，就一定能成功。

第一作者簡(jiǎn)介：張?zhí)铮?980--）， 男，碩士