Wetenschappers doen vaak onderzoek naar onderwerpen die je in het dagelijks leven niet direct terugziet. Toch leiden zulke onderzoeken uiteindelijk vaak tot inzichten, waar jij ongemerkt ook weer je voordeel mee doet. Ze verbeteren bijvoorbeeld de gezondheidszorg of leveren nieuwe technieken op die je dagelijks gebruikt.
Figuur 1: Eieren in een eierdoos. Bron: Pixabay.
Maar soms doen wetenschappers ook onderzoek naar iets alledaags. Zo bestudeerden onderzoekers uit onder andere de Verenigde Staten en Ierland wanneer een vallend ei het snelst breekt: als het op de punt terechtkomt of op de zijkant. De resultaten van dat onderzoek publiceerden ze in het vakblad ‘Communications Physics’.
De onderzoekers kwamen op het idee om dit uit te zoeken omdat leerlingen op scholen regelmatig de ‘egg drop challenge’ doen. Hierbij moeten leerlingen iets om een ei heen maken om te voorkomen dat het ei breekt als het valt. Daarbij viel het de onderzoekers op dat bijna iedereen – op basis van gezond verstand – ervan uitgaat dat het ei in verticale richting moet vallen. Want, zo redeneren ze, daar is het ei het sterkst.
Eieren laten vallen
De onderzoekers wilden weleens weten of dat klopt. Daarom lieten ze een heleboel eieren op precies dezelfde manier naar beneden vallen. Een derde van de eieren lieten ze op de punt vallen, een derde op de ronde onderkant van het ei en een derde op de zijkant. Ze lieten de eieren vallen van 8, 9 en 10 mm hoogte. Wat bleek? Van de eieren die op hun zijkant vielen, bleven de meeste heel. Bij een val van 8 mm viel ongeveer 5% van de eieren kapot als ze op de zijkant vielen. Bij eieren die op de punt vielen was dat veel meer, ongeveer 55%. Bij een val van 9 en 10 mm lagen de percentages iets dichter bij elkaar, maar alsnog bleven de eieren die op hun zijkant vielen veel vaker heel.
Figuur 2: Een ei dat kapotgegaan is. Bron: Unsplash.
De redenatie dat een ei sneller breekt als het op de zijkant valt omdat het ei daar minder sterk is, klopte dus niet. Maar waarom dan niet? Om daar achter te komen deden de onderzoekers nog een tweede experiment. Hiervoor legden ze de eieren tussen twee platen, die ze gecontroleerd steeds dichter op elkaar drukten. Daarmee maten ze wat de kracht op het ei was, hoe ver het ei vervormde en wanneer het knapte.
Zo ontdekten ze dat een ei dat op zijn zijkant ligt bij ongeveer dezelfde kracht brak als een ei dat op zijn punt stond. Die kracht lag rond de 45 newton. Maar bij een ei dat op zijn zijkant lag konden de platen wel verder op elkaar gedrukt worden, voordat het ei brak. Dat betekent dat je een ei dat op zijn zij ligt meer kunt vervormen voordat hij breekt. Dat was een interessante ontdekking!
Stijfheid en taaiheid
Het kostte wel meer dan 200 eieren, maar daarmee vonden de onderzoekers wel het juiste antwoord: een ei breekt het snelst als het op zijn punt valt. Dat lijkt misschien in tegenspraak met het feit dat de punt van het ei sterker of stijver is. Als je alleen iets zwaars op het ei legt – de statische situatie – dan kan het ei door de constructie van de eierschaal inderdaad meer dragen dan een ei op zijn zij. Maar een ei dat naar beneden valt bevindt zich niet in een statische situatie. Het ei is in beweging en valt dan met een klap op de grond.
Wat gebeurt er als een ei plotseling tot stilstand komt? Dan moet de bewegingsenergie die het ei eerst had ergens heen gegaan zijn. Door te vervormen kan het ei die bewegingsenergie opnemen oftewel absorberen. Vandaar dat de kant van het ei dat het meeste kan vervormen minder snel breekt! De materiaaleigenschap die hierbij een rol speelt is de taaiheid. Hoe taaier het materiaal, hoe meer energie het kan absorberen voordat het breekt.
Dat je bewegingsenergie kunt absorberen door vervorming, wordt bijvoorbeeld ook gebruikt bij het ontwerp van auto’s. Auto’s zijn zo gemaakt dat ze een kreukelzone hebben. Als een auto dan ergens tegenaan botst, dan zal de kreukelzone vervormen en zo de bewegingsenergie absorberen. De auto kan zo de klap opvangen.
Blijf vragen stellen
Zo hebben deze wetenschappers ons – met een op het eerste gezicht grappig experiment – een belangrijke les geleerd. Je ‘gezond verstand’ of intuïtie geven je niet altijd het juiste antwoord. In het geval van een vallend ei is niet de stijfheid van de eierschaal van belang, maar speelt vooral de taaiheid van het ei een grote rol. Blijf daarom altijd nieuwsgierig, stel jezelf vragen en experimenteer om erachter te komen hoe iets echt in elkaar zit!
