Vajcia - odolný dizajn

Tvar vajec im dodáva prekvapivú pevnosť.

Už ste niekedy pripravovali miešané vajíčka alebo omeletu? Je ťažké rozbiť vajce? Nie, vôbec nie. Viete, že vaječné škrupiny sú vyrobené z rovnakého materiálu ako krieda? Tento veľmi krehký materiál sa rozbije už pri malom tlaku. Pozrime sa, aké slabé alebo silné vajcia v skutočnosti sú.

1. Požiadajte žiakov, aby si z prstov jednej ruky odstránili všetky prstene.
2. Žiaci si vezmú do dlane surové vajce a dajú si ruku nad umývadlo alebo odpadkový kôš.
3. Dajte žiakom pokyn, aby vajce obopli celou dlaňou a čo najsilnejšie ho stlačili.
4. Tento postup zopakujte s toľkými žiakmi, koľko žiakov by si to chcelo vyskúšať (po každých niekoľkých žiakoch vajíčko vymeňte, pre istotu).
5. Čo sa stalo? Prečo si myslíte, že sa to stalo?

Prečo ste nemohli rozbiť vajce? Nie je ťažké rozbiť vajce o okraj panvice a nie je ťažké rozbiť kúsok kriedy, ktorá je vyrobená z rovnakého materiálu ako vaječná škrupina. Čo je iné pri snahe rozbiť vajce stlačením?

Krátke vysvetlenie

Na rozdiel od okraja panvice nemá vaša ruka žiadne ostré hrany (preto sme si odstránili všetky prstene na prstoch). Ale hlavne, vajíčko má zakrivený tvar. To pomáha rozložiť tlak pri stláčaní. Rozložením tlaku na žiadne miesto na vajíčku netlačí príliš veľká sila. Tak sa eliminuje aj nebezpečenstvo rozbitia vajíčka v hniezde, kde na ňom sedia vtáčí rodičia.

Podrobnejšie vysvetlenie

Zakrivený tvar vajíčka prenáša silu vašej stláčajúcej ruky na celý povrch vajíčka. Žiadne miesto na vajíčku teda nemusí odolávať takému tlaku. Okrem toho, keďže vajíčko je oblé, keď sa tlak šíri okolo vajíčka, pred šíriacim sa tlakom je vždy viac škrupiny, ktorá odoláva sile.

Vaječné škrupiny sa skladajú z drobných kryštálikov, ktoré sú usporiadané do špeciálneho vzoru, ktorý im dodáva pevnosť. Je to podobné, ako keď staviate vežu z kociek - ak ich poskladáte určitým spôsobom, veža bude pevná a len tak ľahko sa nezrúti.

Ak chceme niečo posilniť, často potrebujeme pridať viac materiálu. Napríklad je ľahké zlomiť jeden kus suchých špagiet, ale ťažšie je zlomiť hrsť suchých špagiet. Vaječné škrupiny sú veľmi tenké a zároveň veľmi pevné, nie vďaka množstvu materiálu, ale vďaka tvaru.

Dizajnéri, architekti... sa naučili od prírody, napríklad zo zakriveného tvaru vajec, ako robiť veci pevnejšie bez toho, aby museli pridávať viac materiálu. Spevňujúce krivky nájdete všade - od kuchynského náčinia až po mosty a budovy. Nájdete nejaký miestny príklad?

Používanie menšieho množstva materiálu na výrobu vecí je dobré pre naše životné prostredie, pretože si vyžaduje menšiu ťažbu a spotrebu energie a vedie k menšiemu množstvu odpadu. Používanie menšieho množstva materiálu tiež šetrí peniaze spoločností, vďaka čomu sú výrobky lacnejšie.

Možné prepojenia na vzdelávací prístup STEAM:

• Inžinierstvo / architektúra: tvar môže zvýšiť pevnosť materiálu, efektívny tvar môže zlepšiť odolnosť konštrukcií.
• Materiály / ich vlastnosti: výučba o štruktúre materiálov a ich vlastnostiach, materiálové inžinierstvo (vaječná škrupina je vyrobená z kryštálikov s pevným vzorom).
• Matematika / fyzika: sila a tlak sú v prípade vajca distribuované na zakrivenom povrchu.
• Udržateľnosť / ekológia: používanie menšieho množstva materiálu a efektívny dizajn prispievajú k udržateľnosti.
• Uvažovať, ako sú vlastnosti a tvar rôznych materiálov vhodné na rôzne úlohy.
• Porovnávať vlastnosti rôznych materiálov.
• Klásť otázky a robiť pozorovania.
• Vykonávať jednoduché testy.

• Je oblý tvar vajec výsledkom evolučného procesu?
• Viete v prírode nájsť krivky a oblé tvary? 
  • Zamyslite sa nad základňou kmeňa stromu, ktorá je jedným z najbežnejších príkladov. Vďaka oblému tvaru na základni je strom veľmi stabilný. 
• Nájdite ďalšie príklady zo sveta ľudí!

• Korene stromov so širokým základom a tuhým kmeňom odolávajú vývratom vďaka tlakovému podopretiu. Buttressing Resists Uprooting
• Inžinierstvo inšpirované vajíčkami Egg-Inspired Engineering
• Architektúra inšpirovaná tvarom vajca Egg-shaped Architecture