“雞蛋撞地球”比賽探秘

“雞蛋撞地球”（高空墜蛋）比賽是一項富有知識性、技術(shù)性、應(yīng)用性與挑戰(zhàn)性的科學(xué)實踐活動，已在許多國家的中小學(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：將一個采取了一定保護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，整個裝置的質(zhì)量（不包括雞蛋）越小，落地點距指定點越近，其比賽成績就越靠前。

2.具體細則：選用一個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.動量定理：設(shè)雞蛋的質(zhì)量為m，雞蛋落地時速度為v，雞蛋與地面的碰撞時間為t，地面對雞蛋的平均作用力為F，由動量定理

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

通過增大阻力來減小落地時的速度v，另一方面可以通過增大與地面的緩沖時間t來減小碰撞力。

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保護措施；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，以使雞蛋連同整個裝置的落地速度減小。這類裝置安全性極高，能使整個裝置達到較小的落地速度。裝置的質(zhì)量也不會很大。唯一的缺點就是：受大氣擾動影響太大，會使實驗裝置飄忽不定，定位準(zhǔn)確性較差，從而影響比賽成績。

2、外包裝型

就是運用較多的減震材料（如泡沫、棉花、各種填充材料）將雞蛋嚴(yán)嚴(yán)實實地包裹起來，通過這些材料的緩沖作用，達到減小作用力，保護雞蛋的目的。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，故可將整個裝置的質(zhì)量降到最低。但美中不足的是：整個裝置是自由下落狀態(tài)，到達地面時速度較大，安全性稍差些。

3、不倒翁型

就是使整個裝置像不倒翁一樣，把重心盡可能降低，使得裝置下落時能保持穩(wěn)定狀態(tài)，確保始終讓一個面著地。那么保護工作只需要在這一個面做好就行了，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 ，勢必要在底部放上一個質(zhì)量較大的物體，這就大大加重了整個裝置，將影響比賽成績。

4、多面體型

就是把整個裝置制作成一個多面體，將雞蛋用結(jié)實的繩子固定在多面體的中央，使整個雞蛋懸空。裝置落地后，不論哪個面著地，雞蛋都不會著地，雞蛋就完好無損了。種方案無需額外的材料，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。但此方案有一個大的缺點是：多面體不易扎制，結(jié)實程度不高，落地后可能會散架，打破雞蛋。

5、螺旋槳型

就是在整個裝置上方安置一個螺旋槳，靠流動的空氣推動或遙控，使螺旋槳轉(zhuǎn)起來，以提高安全性和準(zhǔn)度。這極像直升機的飛行原理。這種方案因螺旋槳的轉(zhuǎn)動而減小了裝置落地時的速度，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。唯一的缺點是：難以控制裝置在空中翻滾，整個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，因為吸管的緩沖作用畢竟有限。

四、結(jié)論分析

比賽結(jié)果受當(dāng)時的天氣狀況（風(fēng)力大小、風(fēng)向），場地情況（裝置落點的地面松軟、堅硬程度），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)、去實踐，就一定能成功。

第一作者簡介：張?zhí)铮?980--）， 男，碩士