¿Por qué un huevo de gallina no se rompe cuando es presionado por sus extremos?

Es la ingeniería mecánica básica y la misma razón por la que los arcos y las cúpulas no se colapsan, y la razón por la cual las láminas corrugadas pueden soportar más peso que las planas.

Se colapsará si presionas lo suficiente. La única razón por la que está sorprendido es porque está pensando en términos de la capacidad de carga de una hoja plana de material similar a la cáscara de huevo. La razón básica es que el comportamiento de tensión / deformación de los materiales depende de la forma y de las propiedades intrínsecas. La forma ayuda a usar la fuerza a lo largo de una dimensión para soportar una carga a lo largo de otra mientras se evita el pandeo.

Hace cálculos básicos de tensión / tensión en cosas como esta en ingeniería mecánica de pregrado. La forma es un poco compleja, pero una esfera perfecta se comportará de la misma manera.

Si quieres una intuición no matemática sobre por qué funciona esto, mira un arco o una cúpula. Ahí tienes piezas en forma de cuña discretas donde las fuerzas hacia abajo causan fuerzas normales entre cuñas, que tienen un componente que contrarresta el estrés. Cuanto más fuerte empujes, más apretadas se harán las piezas, y más fuerte será la reacción. Cuanto menor es el radio de curvatura, más fuerte es la carcasa (en la analogía del arco, las piezas de cuña se estrechan más, por lo que el componente que empuja hacia atrás es más fuerte). Es por eso que puedes aplastar el huevo de otra manera más fácilmente (horizontalmente).

Cuando empuja lo suficientemente fuerte como para que ocurra una rotura, normalmente comenzará debido a una falta de uniformidad en una parte de gran radio, como una pequeña grieta.

Pero realmente, esto es mucho más fácil de entender matemáticamente. Algunas cosas simplemente no están destinadas a ser entendidas a través de las palabras. Busque “conchas finas” en cualquier fuerza de ingeniería mecánica del tipo libro de texto de materiales.

Es un fantástico ejemplo de la teoría de la membrana en el trabajo.

Los materiales frágiles como las conchas son excepcionalmente eficientes en la transferencia en las fuerzas de los aviones en contraste con las fuerzas fuera del plano.

[1] “Las cáscaras de huevo aviar pueden romperse fácilmente cuando se impactan en un punto localizado; sin embargo, exhiben una resistencia impresionante cuando se someten a una carga de compresión bien distribuida. Por ejemplo, una demostración común de la fuerza del material es apretar firmemente un huevo de gallina a lo largo de su eje principal entre las manos sin romperlo “.

Mientras exprimes el huevo como se muestra en la imagen, las fuerzas que apliques actuarán en el plano de la cáscara de huevo. Entonces, es por eso que funciona muy bien.

Es como tratar de romper un trozo de madera tirando de ambos extremos. El palo se puede romper tirando de ambos extremos, pero requerirá una cantidad considerable de fuerza para romperlo. Reconocemos lo anterior de forma intuitiva y, por lo tanto, aplicamos un giro sujetando la palanca en un extremo o sujetando el brazo en ambos extremos y aplicando fuerza en el medio.

Los huevos son muy difíciles de romper apretándolos porque se comportan como caparazones delgados. Las estructuras de las conchas derivan su fuerza de la curvatura, por lo que la geometría de la estructura importa mucho.

Cuando la carga aplicada es uniforme / distribuida, las fuerzas experimentadas por el armazón se transmiten como fuerzas de corte en el plano y la tensión en la dirección del espesor es despreciable. Y entonces es muy difícil romper un huevo exprimiéndolo. Y puedes intentar apilar libros con huevos como apoyo.

Creo que sería razonable suponer que el desarrollo de una grieta visible es una indicación de falla. Entonces, para romper un huevo fácilmente, debes usar carga concentrada. Tienes que aplicar carga en un área muy pequeña (prueba con un cuchillo o una cuchara). Esto producirá momentos de flexión y la cubierta se agrietará.

Los materiales frágiles (cáscara de huevo, etc.) no funcionan muy bien en la transferencia de fuerzas como momentos de flexión ya que son débiles en tensión.

El comportamiento de shell puede predecirse mediante modelos matemáticos con precisión.

[1] Luminaria de prueba mecánica con espécimen de huevo de gallina. ( a ) Se aplica carga distribuida en el huevo ( b ) Se aplica carga puntual sobre el huevo.

[1] Carga aplicada frente a Gráfico de deformación.

Cepa = cambio en longitud / longitud original

Lo anterior indica la carga aplicada sobre el huevo y el cambio correspondiente en la longitud del huevo.

[1] ( a ) Tapa de huevo de la aplicación de carga distribuida. ( b ) Fallo de fisuración local por aplicación de carga puntual.

Aunque las conchas son muy eficientes, no son indestructibles. Las cáscaras de los huevos se rompen y se necesitan aproximadamente 50 Newtons de fuerza para hacerlo. Este número será muy acorde con el grosor y la propiedad del caparazón.

Referencia

[1] Cerámica técnica de la naturaleza: la cáscara de huevo aviar: Eric N. Hahn, Vincent R. Sherman, Andrei Pissarenko, Samuel D. Rohrbach, Daniel J. Fernandes, Marc A. Meyers

Teoría de platos y conchas , Autor: Stephen Timoshenko.