“鸡蛋撞地球”比赛探秘

“鸡蛋撞地球”（高空坠蛋）比赛是一项富有知识性、技术性、应用性与挑战性的科学实践活动，已在许多国家的中小学广泛开展并得到推广，深受学生的欢迎。现将与之相关的问题作一介绍。

一、比赛规则

1.总体要求：将一个采取了一定保护措施的鸡蛋从一定高度 的楼顶自由释放，在鸡蛋不破碎的前提下，整个装置的质量（不包括鸡蛋）越小，落地点距指定点越近，其比赛成绩就越靠前。

2.具体细则：选用一个50g左右的鸡蛋，从5楼（约15～20m）高处落下，保证鸡蛋不破碎，落到一个半径为1.5m的圆中，装置的质量尽量小（在30g以内）。

二、理论依据

1.动量定理：设鸡蛋的质量为m，鸡蛋落地时速度为v，鸡蛋与地面的碰撞时间为t，地面对鸡蛋的平均作用力为F，由动量定理

2.要素分析：要使鸡蛋不破碎，就要设法减小F。一方面可以

通过增大阻力来减小落地时的速度v，另一方面可以通过增大与地面的缓冲时间t来减小碰撞力。

三、可行性方案

比赛获胜的大前提就是鸡蛋不破，鸡蛋一旦破了，选手便会被淘汰。因此，最重要的是要保证鸡蛋不破，然后再考虑如何使装置的质量尽可能小，使装置的稳定性尽可能高。保证鸡蛋不破就要较强保护措施；装置的质量尽可能小就要选用密度小的材料；稳定性要尽可能高，一是落点要投得准，二是装置受大气影响尽可能小。常见的可行性方案有以下几种：

1、降落伞型

顾名思义，就是利用降落伞，增大空气阻力，以使鸡蛋连同整个装置的落地速度减小。这类装置安全性极高，能使整个装置达到较小的落地速度。装置的质量也不会很大。唯一的缺点就是：受大气扰动影响太大，会使实验装置飘忽不定，定位准确性较差，从而影响比赛成绩。

2、外包装型

就是运用较多的减震材料（如泡沫、棉花、各种填充材料）将鸡蛋严严实实地包裹起来，通过这些材料的缓冲作用，达到减小作用力，保护鸡蛋的目的。这种方案由于受空气阻力影响很小，所以准确性较高。由于所使用的材料都是密度极小的，故可将整个装置的质量降到最低。但美中不足的是：整个装置是自由下落状态，到达地面时速度较大，安全性稍差些。

3、不倒翁型

就是使整个装置像不倒翁一样，把重心尽可能降低，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终让一个面着地。那么保护工作只需要在这一个面做好就行了，从而节省了材料。这种方案可以避免空中翻滚现象，定位可靠性、准确性很高。美中不足的是：为了确保装置的重心降低 ，势必要在底部放上一个质量较大的物体，这就大大加重了整个装置，将影响比赛成绩。

4、多面体型

就是把整个装置制作成一个多面体，将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央，使整个鸡蛋悬空。装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会着地，鸡蛋就完好无损了。种方案无需额外的材料，只需要制作多面体的骨架和几根线即可，用料极少，因而装置的重量会大大降低。因受空气阻力的影响较小，所以稳定性也较好。但此方案有一个大的缺点是：多面体不易扎制，结实程度不高，落地后可能会散架，打破鸡蛋。

5、螺旋桨型

就是在整个装置上方安置一个螺旋桨，靠流动的空气推动或遥控，使螺旋桨转起来，以提高安全性和准度。这极像直升机的飞行原理。这种方案因螺旋桨的转动而减小了装置落地时的速度，安全性更高。存在的问题是：保证螺旋桨是中超尚且平稳旋转有难度。

6、盐水袋型

就是配密度很大的氯化钠溶液，让鸡蛋飘浮在上面，落地后盐水就充当了缓冲材料，保证鸡蛋不破。这种方案新颖独特，用盐水作缓冲，安全性较高，受到空气阻力的影响很小，准确性较高。唯一的缺点是：难以控制装置在空中翻滚，整个装置的重量问题也是不容忽视的。

7、吸管组型

就是用几根吸管绑在一起做成吸管组，将几组吸管组搭成金字塔形，将鸡蛋夹在中间，用胶条固定。吸管由于是中空的，可以起到缓冲作用。这种方案的材料来源广泛，重量轻、体积小，因而准确性较好。美中不足的是安全性要差一点，因为吸管的缓冲作用毕竟有限。

四、结论分析

比赛结果受当时的天气状况（风力大小、风向），场地情况（装置落点的地面松软、坚硬程度），装置制作情况（装置整体或局部的牢固程度），鸡蛋的大小和形状（鸡蛋的形状越规则、体积越小，越不容易破）等众多因素的影响。

处处留心皆学问。高空坠蛋，看似不可能完成的事情，但只要我们去发现、去实践，就一定能成功。

第一作者简介：张田（1980--）， 男，硕士