兩雞蛋互叩時(shí)為什么多是靜止的雞蛋被撞破

王偉民　孟杰

成語(yǔ)“以卵擊石”的意思是拿蛋去碰石頭，比喻不自量力，自取滅亡。從物理學(xué)分析，這主要是因?yàn)榈昂褪^的硬度及內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，所以其能承受的最大壓強(qiáng)也不同——相比石頭，雞蛋的硬度要小很多，且其內(nèi)容物主要是膠狀物質(zhì)，能夠承受的最大壓強(qiáng)比石頭小很多。

盡管根據(jù)牛頓第三定律，蛋和石頭在發(fā)生撞擊時(shí)的相互作用力相等，但二者撞擊后，石頭安然無(wú)恙，雞蛋卻“粉身碎骨”。如果我們以“以卵擊卵”的方式讓一個(gè)雞蛋去撞擊另外一個(gè)雞蛋，情形又將如何呢？

看似反常的生活現(xiàn)象

做雞蛋湯、炒雞蛋等菜肴前，有時(shí)需要打破多個(gè)雞蛋備用。很多廚師總是習(xí)慣于兩只手各拿一個(gè)雞蛋，用其中的一個(gè)雞蛋去叩打另一個(gè)。在這個(gè)過(guò)程中，往往是靜止的雞蛋被撞破，而快速運(yùn)動(dòng)的“撞擊者”卻安然無(wú)恙——相反的情形也有，但出現(xiàn)的概率非常低，不足十分之一。同時(shí)，因?yàn)樽矒綦u蛋的力一般不是很大，所以兩個(gè)雞蛋同時(shí)破裂的情形也不常見(jiàn)。

除去兩個(gè)雞蛋同時(shí)撞破的情形，按照牛頓第三定律，在兩個(gè)雞蛋撞擊的過(guò)程中，它們之間的相互作用力相等。那么，隨意拿出兩個(gè)雞蛋相撞，不論雞蛋是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，兩者各自被撞破的概率應(yīng)該均等才正常。可是為什么多數(shù)時(shí)候會(huì)出現(xiàn)“靜止的雞蛋被撞破，運(yùn)動(dòng)的雞蛋完好無(wú)損”這種“反常”的現(xiàn)象呢？

雞蛋相撞時(shí)的受力分析

實(shí)際上，這種現(xiàn)象離不開(kāi)在雞蛋相互撞擊的過(guò)程中，蛋殼內(nèi)的膠狀物質(zhì)對(duì)蛋殼的作用。

（一）對(duì)兩個(gè)雞蛋的受力分析

如圖1所示，當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)的雞蛋A與靜止的雞蛋B相撞時(shí)，A處于減速狀態(tài)，B加速之后受到手的阻礙減速直至停止。兩個(gè)雞蛋不僅質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，由于物體間的相互作用，其接觸面也會(huì)發(fā)生形變。

根據(jù)牛頓第三定律，在碰撞的過(guò)程中，雞蛋A對(duì)雞蛋B的作用力等于雞蛋B對(duì)雞蛋A的作用力。但是對(duì)于雞蛋A來(lái)說(shuō)，碰撞使蛋殼受阻、速度銳減時(shí)，由于慣性，里面的膠狀物質(zhì)——蛋清和蛋黃還有沿著原來(lái)的方向繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而對(duì)蛋殼產(chǎn)生除重力之外的向外壓力。這種力可以支撐受到外力作用的蛋殼，使得雞蛋A的蛋殼的抗壓能力增加。因此，多數(shù)情況下雞蛋B被撞破，而雞蛋A完好無(wú)損。

（二）兩個(gè)雞蛋相撞時(shí)多是靜止的雞蛋被撞破的原因

或許你會(huì)說(shuō)，雞蛋B被撞擊時(shí)，由于雞蛋A的作用，雞蛋B也會(huì)獲得一個(gè)向前的加速度。同時(shí)，雞蛋B與雞蛋A接觸的那部分蛋殼，在受雞蛋A的撞擊而向內(nèi)加速運(yùn)動(dòng)發(fā)生形變的過(guò)程中，雞蛋B內(nèi)的膠狀物質(zhì)也會(huì)對(duì)蛋殼產(chǎn)生向外的壓力，雞蛋B蛋殼的抗壓能力也應(yīng)該和雞蛋A一樣增加，A、B兩個(gè)雞蛋中任何一個(gè)被撞破的概率應(yīng)該還是相同。

實(shí)際情況并非如此。撞擊發(fā)生時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)，A、B兩個(gè)雞蛋速度變化量的絕對(duì)值差別很大。兩個(gè)雞蛋剛開(kāi)始接觸的瞬間，雞蛋A的速度最大，約為2 m/s。而在發(fā)生撞擊的極短時(shí)間內(nèi)，雞蛋A的速度銳減到幾乎為0，速度改變量的絕對(duì)值約為2 m/s。

與此同時(shí)，原來(lái)靜止的雞蛋B被撞擊后獲得了比2 m/s要小很多的速度。因此，雖然在撞擊的過(guò)程中，雞蛋B內(nèi)的膠狀物質(zhì)對(duì)蛋殼有向外的作用力，但該作用力比雞蛋A內(nèi)的膠狀物質(zhì)對(duì)蛋殼向外的作用力要小得多。因此，出現(xiàn)“靜止的雞蛋B被撞破，運(yùn)動(dòng)的雞蛋A安然無(wú)恙”的現(xiàn)象也就不足為奇了。

另外，用運(yùn)動(dòng)的雞蛋A去叩打靜止的雞蛋B時(shí)，人們的習(xí)慣動(dòng)作是，讓上方的雞蛋A去撞擊下方的雞蛋B。由于重力作用，雞蛋B的氣室（中空部分）通常在雞蛋的上方。如果雞蛋B被撞擊的部位在氣室位置，由于里面沒(méi)有膠狀物質(zhì)支撐，其被撞破的概率也會(huì)大一些。

撞擊的技巧很關(guān)鍵

兩個(gè)雞蛋相撞后會(huì)出現(xiàn)的情形有3種，我們前面討論了“靜止的雞蛋被撞破”的發(fā)生概率較大，但其他情形也有可能發(fā)生。那么，有沒(méi)有辦法在兩個(gè)雞蛋相撞的過(guò)程中，確保靜止的雞蛋被撞破呢？我通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這其中有一定的規(guī)律。

（一）運(yùn)動(dòng)的雞蛋必須是變速運(yùn)動(dòng)

撞擊雞蛋的技巧很關(guān)鍵，運(yùn)動(dòng)的雞蛋必須是變速運(yùn)動(dòng)，先加速后減速，讓運(yùn)動(dòng)的雞蛋在減速的過(guò)程中去撞擊靜止不動(dòng)的雞蛋。在撞擊的瞬間，保持合適的撞擊速度和較大的加速度（指加速度的絕對(duì)值較大）。

這樣操作，基本上可以使靜止的雞蛋被撞破，而運(yùn)動(dòng)的雞蛋完好。這是因?yàn)椋绻麅蓚€(gè)雞蛋的相對(duì)撞擊速度太快，那么在撞擊過(guò)程中，它們之間的相互作用力就比較大，很有可能出現(xiàn)兩個(gè)雞蛋都撞破的情形。

而運(yùn)動(dòng)的雞蛋在減速的過(guò)程中，蛋殼會(huì)給里面的膠狀物質(zhì)一個(gè)向后的阻力。因?yàn)槲矬w間力的作用是相互的，所以雞蛋里面的膠狀物質(zhì)也會(huì)給蛋殼一個(gè)向前的壓力。而且，運(yùn)動(dòng)的雞蛋在減速過(guò)程中加速度的絕對(duì)值越大，里面的膠狀物質(zhì)對(duì)蛋殼向前的壓力就越大。在運(yùn)動(dòng)的雞蛋與靜止的雞蛋相撞的過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)的雞蛋里面的膠狀物質(zhì)對(duì)蛋殼向前的壓力抵消或減小了對(duì)運(yùn)動(dòng)雞蛋的撞擊力，減小了破壞作用。所以，運(yùn)動(dòng)的雞蛋被撞破的概率小了很多。

（二）理論上勻速相撞的兩個(gè)雞蛋被撞破的概率大致相同

如果人的雙手各拿一個(gè)雞蛋，讓兩個(gè)雞蛋在同一時(shí)間以相同的速度相撞，假設(shè)撞擊部位相同，那么其中一個(gè)雞蛋被撞破的概率與另一個(gè)雞蛋被撞破的概率大致相同。這個(gè)分析是建立在兩個(gè)雞蛋勻速相撞的基礎(chǔ)上的。在現(xiàn)實(shí)生活中，我們很難保證兩個(gè)雞蛋勻速相撞。

總而言之，在兩個(gè)雞蛋相撞的過(guò)程中，與運(yùn)動(dòng)的雞蛋相比，靜止的雞蛋被撞破的概率更大。這主要是因?yàn)榈皻?nèi)的膠狀物質(zhì)在起作用，特別是當(dāng)運(yùn)動(dòng)的雞蛋以絕對(duì)值較大的加速度減速撞擊靜止的雞蛋時(shí)，蛋殼內(nèi)膠狀物質(zhì)的作用會(huì)越發(fā)明顯。