丢鸡蛋 - 实验报告

高中实验报告·交大附中夏令营·新高一

实验名称：如何使鸡蛋从高空坠落时不摔碎？

实验组别与成员：

第六，九组：卫奕澄，刘韶宇，王夕

实验目的：

将一个采取了一定保护措施的鸡蛋从教学楼三楼上扔下，使其自由下落。在鸡蛋不破的前提下，整个装置重量（不包括鸡蛋）越小，体积越小，其比赛成绩就越靠前。

实验原理与器材：

1. 计算得出从十几米的高空落下，若不计空气阻力，物体落地时的速度将达到十多米每秒。

2. 动量定理表达式：Ft =△p

其中△p指的是动量的变化，F指的是冲力的大小，t指的是力的作用时间。 由于鸡蛋在下落的过程中，动量的变化△p一定，鸡蛋所受的力F与力的作用时间t成反比，即t越大，F就越小，作用在鸡蛋上的力就越小。这样，鸡蛋就不容易碎了。

3. 由空中垂直下落的物体所受空气阻力f与空气的密度ρ、物体的有效横截面积S、下落的速率v的平方成正比，阻力的大小可表示为f=CρSv2，其中C为阻力系数，一般在0.2～0.5之间，ρ=1.2kg/m3，物体下落经过一段时间将达匀速，这称为终极速率。

我们可以发现如下的一些日常现象：

雨滴在空气中下落，速度越来越快，所受空气阻力也越来越大。 当阻力增加到与雨滴所受重力相等时，二力平衡，雨滴开始匀速下落。 跳伞运动员在空中张开降落伞，凭借着降落伞较大的横截面积取得较大的空气阻力，得以比较缓慢地降落。这些都是这个公式在生活中的应用。 明白了这以后，就不会认为装置的加速度是9.8m/s2了。

4.一切物体都具有惯性。在“高空坠蛋”整个装置落地的一瞬间，装置静止，然而鸡蛋由于惯性，还会继续运动，造成与装置挤压、碰撞，容易损坏。如何将鸡蛋由于具有惯性而造成的影响降到最低，还需要我们进一步分析解决。 5.所用器材：一只鸡蛋，一块塑料桌布，4根20cm长的棉线，一块长，宽为15cm,高为10cm的海绵，塑料袋，透明胶，剪刀。

6.实验地点：交大附中2号教学楼3楼、6楼【有风，但风速不大】

实验设计与步骤：

1、降落伞型：

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平稳落地。

这种方案最容易想到，因为跳伞、宇宙飞船减速，都运用了这个方法，效果很好。安全性极高，使整个装置达到较小的速度即可匀速下落。装置的重量也不会很重。

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唯一的缺点就是：受大气扰动影响太厉害，会使实验装置飘忽不定，准确性较差。 2、外包装型： 外包装型，就是用较多的减震材料将鸡蛋严严实实地包裹起来。比如泡沫、棉花、各种填充材料等。通过这些材料的缓冲作用，达到保护鸡蛋的目的。 这种方案也较容易想到。平常生活中用各种填充材料保护贵重用品的方法相信大家都见到过。这的确是一个有效的方法。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，所以可将整个装置的重量降到最低。但美中不足的是：整个装置是自由下落状态，到达地面时的速度较大，因而对装置的坚固度和缓冲效果要求较高，安全性稍差一点。 3、不倒翁型：

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。

这种方案充分考虑到了上一种方案可能出现在空中翻滚现象，经过改进形成的。其可靠性远远高于第一种方案，材料更节省，准确性更高。美中不足的就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，这就大大加重整个装置，将影响比赛成绩。 4、多面体型： 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。

这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，用料极其节省，因而重量会大大降低。因受空气阻力较小，所以稳定性较好。但这种方案也有一个大的缺点就是多面体不易扎制，结实程度不高，落地后可能会散架，鸡蛋也就岌岌可危了。 5、双气球型： 双气球型，就是将鸡蛋放在一个气球中，充入一定量空气，在外面再套一个气球，充入适量空气。这样两层气球之间就会形成一个气垫，会使鸡蛋免受地面的冲击。 这种方案所用材料应该是所有方案中最省的，重量只是两个气球的重量，几乎可以忽略不计。但这种方案有一个致命的缺点就是两层气球之间有一块是紧密接触的，没有气垫的保护，如果此面着地，一切都完了。另外，由于重量太轻，受空气扰动影响，其稳定性也不是很好。 6、螺旋桨型：

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，使螺旋桨旋转起来，以提高安全性和准确度。这极像直升飞机的飞行原理。

这种方案因螺旋桨的转动而减小了装置下落的速度，安全性更高。如果是遥控，准确性也会很高。问题是如何保证螺旋桨始终朝上，螺旋桨一旦不朝上，准确性将无从谈起。如何保证螺旋桨平稳旋转也是一个问题。 7、滑翔机型：

滑翔机型，顾名思义，就是将鸡蛋悬挂在滑翔机下方，整个装置就会在空气中滑翔，最后会平稳地降落。 8、盐水型：

盐水型，就是配一个密度很大的氯化钠溶液，让鸡蛋漂浮在上面，落地后盐水就充当了缓冲材料，保证鸡蛋不破。

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这种方案新颖独特，用盐水作缓冲，安全性较高，受到空气阻力影响很小，准确性较高。但装置不易控制，如果装置在空中翻滚，盐水洒出，就起不到保护作用了，因此，一定要保证装置重心要稳，并且尽可能降低。这种装置的重量问题也是不容忽视的，毕竟，盐水的密度要比泡沫大得多。 9、吸管组型：

吸管组型，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。

这种方案材料来源广泛，重量轻，体积小，因而准确性较好。至于安全性嘛，可能要差一点，吸管的缓冲作用毕竟有限。

最后，我们小组选择了降落伞型装置。

实验结论与反思：

1、天气状况的影响：

天气状况对这种比赛的影响可以说是非常大的。主要影响是风力的大小。理想的天气状况应该是几乎没有风，这样才能保证一些需要借助空气阻力来减速的装置能够平稳降落。如果风太大，那么降落伞型、螺旋桨型、双气球型等类型的实验装置就会在风中摇摆不定，准确性会很差，安全性也会大大降低。 2、场地情况的影响：

场地情况的好坏直接影响了比赛成绩。这里的场地场地主要是指装置落地的场地。理想的场地应该平坦、松软，这样会大大增加成功的几率。遗憾的是这次比赛场地是大理石地面，平坦尚还可以，但是坚硬无比，这无疑是对装置的一次严酷的考验。这就要求我们的装置一定要结实，缓冲效果要好。 3、装置制作情况的影响：

装置制作的好坏具有很大的不确定性。试验时试验成功并不代表着在正式比赛中会成功。因为试验时整个装置从十几米高的地方落下，会造成装置整体或局部的损坏，如果再用试验过的装置去比赛，这些损坏造成的影响便会显现出来。会让认为安全可靠的装置出现意外情况。如果再制作一个新的装置，即使原理跟试验时的装置一模一样也无法保证制作得和试验时的装置没有差别，问题往往就出现在这细小的差别上。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pm3r.html