一件建筑和高级工程学的杰作_物理阅读-查字典物理网

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一件建筑和高级工程学的杰作

查字典物理网 2012-12-29

蛋壳对于压力的承受力是惊人的。人人皆知的是，在中国杂技佳作中，不仅有人踩鸡蛋的节目，更有提起两桶水踩蛋的精彩表演。这是巧妙地利用蛋壳承受压力能力的一个极好的例子。蛋不仅是整个生物界最大的单体细胞，以现代技术和工程知识系统的眼光来看，它还是一个集工程学、建筑学、防卫战略、保存能量和使空间利用达到最佳化与将其最完美结合于一身的大自然的绝妙之作。应该说，朴实无华的一枚蛋综合了人类只是在其文明进程的后来阶段才认识并加以应用的概念。蛋利用了拱顶的原理，由于所需要的作用不同，蛋壳对于拉力和压力有着不同的承受力。蛋壳虽然是绝缘材料，但又能让空气和湿气透过。在仅仅数厘米大的微小空间内囊括了多项先进的技术。

我们的观察首先从鸡蛋，特别是从蛋壳开始。蛋壳是由94%的碳酸钙（以方解石晶体的形式）、1%的碳酸镁、1%的磷酸钙和4%的蛋白质构成的。方解石晶体基本上是随意排列的，因此在晶体之间形成了许许多多的小孔，这些蛋孔可以让空气和湿气能通过，而空气和湿度对于雏鸡，当然还有细菌（比如沙门氏菌）的生存来说是必不可少的。

方解石晶体的排列赋予了蛋壳与其作用相称的一个完美的结构，也就是它能够抗较大的压力，但对于拉力来说相对较弱。这样，如果通过两介凸出的顶端，对蛋壳施加太力，那么鸡蛋抗压力就显得很强，这也是由它们的拱状结构的力学特性决定的，拱形结构使圆屋顶和拱形物能够承受巨大的重量。在这种状态下，压力沿拱状结构（也就是沿蛋壁）分布，而不会使结构断裂。而蛋壳又必须是易碎的，这样雏鸡只用微弱的力就能破壳而出。雏鸡用嘴向外用力，从蛋壳内部看呈凹形的顶部很容易碎裂，因为它的抗拉力很弱。

一个绝妙的以气室（类似一种安全气囊）和卵带（两根缠绕在一起的筋把蛋黄固定住）为基础的弹性──气动系统可确保蛋黄位于蛋的中心位置。