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MIT,낙하 실험과 시뮬레이션으로 입증
누운 달걀이 충격 분산시켜 더 튼튼해
달걀 낙하 실험은 과학 수업의 단골 소재다.달걀을 일정 높이에서 떨어뜨릴 때 깨지지 않게 보호하는 방법을 찾는다.그동안 교과서는 달걀을 세워 한 쪽 끝이 먼저 닿게 떨어뜨리면 덜 깨진다고 설명했다.사실은 달랐다.
탈 코헨(Tal Cohen) 미국 매사추세츠 공대(MIT) 토목공학과 교수 연구진은 기존 상식과 달리 달걀을 세우는 것보다 옆으로 눕혀 떨어뜨릴 때 깨질 확률이 훨씬 낮다는 실험 결과를 9일 발표했다.연구 결과는 이날 국제 학술지‘커뮤니케이션즈 피직스(Communications Physics)’에 게재됐다.
연구진은 달걀을 8㎜,9㎜,송은범 도박10㎜ 높이에서 각각 60개씩,총 180개를 떨어뜨리는 실험을 했다.그 결과,선 채 떨어진 달걀이 누워 떨어진 경우보다 더 많이 깨졌다.예를 들어 8㎜ 높이에서 달걀을 세워 세로 방향으로 떨어뜨리면 절반 이상이 깨졌다.아래로 향한 쪽이 어디든 깨지는 정도에는 큰 차이가 없었다.반면 옆으로 눕혀 떨어뜨린 달걀은 같은 높이에서 10% 이하만 깨졌다.
이어 달걀을 눌러 깨는 데 필요한 힘도 측정했다.달걀을 세우든 옆으로 눕히든 깨지는 데 필요한 힘 자체는 약 45N(뉴턴,힘을 나타내는 단위)으로 비슷했다.다만 달걀을 세우면 깨지기 전까지 평균 0.161㎜까지 압축됐지만,옆으로 눕히면 0.213㎜까지 눌렸다.눕힌 달걀이 덜 깨진 것은 압축되면서 충격을 더 많이 흡수했기 때문이라는 의미다.
연구진은 그동안 달걀을 세워 떨어뜨리면 덜 깨진다고 믿은 이유는 단단함(stiffness)과 튼튼함(toughness)을 혼동했기 때문이라고 봤다.단단함은 물체가 형태를 유지하며 잘 눌리지 않는 정도를 말하는데 비해,튼튼함은 충격을 얼마나 잘 흡수하고 견딜 수 있는지를 나타낸다.
흔히 단단하면 잘 깨지지 않을 것으로 생각하지만,실제로는 눌리면서 충격을 분산시키는 튼튼한 구조가 덜 깨진다.가로로 눕혀 떨어뜨린 달걀이 세로로 떨어진 달걀보다 더 튼튼하다는 말이다.
같은 원리로 사람이 넘어질 때 무릎을 굽히는 상황을 설명할 수 있다.무릎을 펴고 있으면 단단해 보이지만 실제로는 충격을 흡수하지 못해 부상을 입기 쉽다.반면 무릎을 굽히면 약해 보이지만 충격을 분산시켜 몸을 보호할 수 있다.
3차원 컴퓨터 시뮬레이션(모의실험)을 통해 얻은 결과도 낙하 실험과 동일했다.달걀의 노른자와 흰자는 점성 있는 액체로,달걀 껍데기는 잘 깨지는 물질로 설정해 실험한 결과,달걀이 수평으로 떨어질 때 껍데기 전체에 힘이 고르게 퍼지며 충격이 분산됐다.
연구진은 “이번 연구는 단순한 달걀 실험을 넘어서,건축물이나 자동차,헬멧처럼 충격에 견뎌야 하는 구조물을 설계할 때 적용할 수 있다”고 밝혔다.
참고 자료
Communications Physics(2025),DOI: https://doi.org/10.1038/s42005-025-02087-0
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