XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительная прочность куриного яйца
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Моя бабушка держит домашних кур и однажды, когда я был у неё в гостях, я обратил внимание на то, как курица высиживает их. И меня заинтересовало: почему яйца под наседкой остаются целыми? Ведь она наступает на них. Шевелит и разворачивает их клювом. Если скорлупа такая прочная, то, как же птенец легко пробивает ее, чтоб появиться на свет (Приложение 1).
С этими вопросами я обратился к своим родителям, которые мне помогли изучить литературу, материалы интернета и собрать сведения о курином яйце.
Я узнал, что куриное яйцо – самый распространенный продукт питания. Яйца употребляют свежими, вареными, жареными или добавляют в различные блюда. Славятся куриные яйца своими полезными свойствами. Они улучшают память, зрение и даже настроение, укрепляют кости, суставы и зубы. И меня заинтересовал вопрос о прочности куриного яйца и его удивительные свойства (Приложение 2).
Все это и стало главным в выборе темы исследования.
Гипотеза: возможно прочность яйца зависит от его положения на плоскости.
Цель исследования: установление взаимосвязи прочности куриного яйца от его положения (вертикальное/горизонтальное)
Задачи:
- выяснить состав куриного яйца;
- опытным путем определить прочность куриного яйца:
- изготовить установку и подобрать грузы для проведения эксперимента;
- вычислить среднюю массу, которую может выдержать яйцо;
Объект исследования – куриное яйцо.
Предмет исследования - факторы, влияющие на прочность куриного яйца.
Методы исследования – изучение литературы, эксперимент.
II. Теоретическая часть
2.1.Что такое прочность тела.
В наш век постоянных природных изменений все чаще стало на слуху слово прочность. В большом энциклопедическом словаре написано: Прочность тела – это его способность сохранять свою целостность под действием внешних факторов, не разделяясь на отдельные фрагменты. Прочностью в той или иной мере обладают все материалы, все предметы. Прочность – необходимое условие их существования, но в то же время при достаточно сильном воздействии все материалы, все тела могут разрушиться. В мире постоянно, что-то рушится и ломается. У каждого предмета есть своя прочность, и у прочности любого предмета есть свой предел. Примеры разрушений хорошо известны: во время землетрясений разрушаются здания, от ветровых нагрузок обрушиваются мосты, разламываются на две части гигантские танкеры, происходят переломы костей конечностей человека, разбивается чашка, ломается карандаш и т.д.
Таким образом, можно сказать, что прочность твёрдых тел – это, в широком смысле - свойство тел сопротивляться разрушению под действием нагрузок. В узком смысле - сопротивление разрушению.
От чего же зависит прочность, Прочность материала зависит от его структуры, пористости, влажности, дефектов строения, температуры, состояния поверхности и т.д.
Как было уже сказано, существует легенда о небывалой прочности куриного яйца. Однако мы часто наблюдаем, что любой удар может повредить яйцо. Споров по этому поводу много, поэтому я решил сам проверить, какова прочность куриного яйца[1].
2.2.Строение куриного яйца.
В природе с яйца начинается любая жизнь, в яйцеклетке происходит зарождение млекопитающих, в том числе и человека. Чтобы узнать, что из себя представляет куриное яйцо, я обратился за помощью к своей маме. Мы вместе с ней читали книги, энциклопедии, статьи в журналах, искали информацию в Интернете. Итак, из чего же состоит куриное яйцо?
Куриные яйца имеют форму овала и бывают разными по цвету и размеру (Приложение 3).
В него входит 9 важных составляющих, каждая из которых несет свою нужную функцию:
Скорлупа;
Подскорлуповая оболочка;
Канатик (халазы)
Белок (разный по консистенции);
Желточная оболочка;
Желток;
Зародышевый диск
Воздушная камера (пуга);
Кутикула
Всем нам хорошо известно, что яйцо имеет желток -желтое содержимое внутри, белок — светлая оболочка внутри и покрывающая оболочка — скорлупу.
Белок занимает большую часть яйца и окружает желток. Белок жидкий, прозрачный, но если яйцо отварить – он станет белым. Желток занимает среднюю часть яйца. Он гуще, чем белок. В сыром и вареном виде цвет желтка - желтый. Но это не все составляющие этого привычного для нас продукта. Под яичной скорлупой имеется оболочка, как тоненькая пленочка. Также на желтке можно видеть темное пятно – зародышевый диск. А еще, если белок из яиц вылить в емкость, то можно наблюдать беленькие желеобразные веревочки. Их называют халазы и они не дают желтку перемещаться внутри продукта.
Воздушная камера - это специальный мешочек заполненный воздухом. У свежего яйца этот мешочек маленький, а у «старого» - большой.
Все это содержимое находиться под скорлупой, которая составляет 12% от общего объема. Скорлупа куриного яйца хрупкая, тонкая. Ее цвет зависит от породы курицы: белые породы кур несут яйца белого цвета, коричневые породы – коричневого[1].
2.3.Прочность куриного яйца.
Строение куриного яйца - залог его прочности. В энциклопедии о животных я прочитал что куриное яйцо - это живой объект. Главное качество скорлупы яиц - прочность. Скорлупа – известковая оболочка. Ее толщина составляет 0,2—0,4 мм с уменьшением на тупом конце. Скорлупа защищает содержимое яйца от механических повреждений, микробного заражения и испарения влаги. Согласно исследованиям венгерских медиков, было доказано, что скорлупа яиц на 90% состоит из карбоната кальция (углекислого кальция). Кроме того, скорлупа еще содержит магний (0,55%), фосфор (0,25%), кремний (0,12%), калий (0,08%), натрий (0,03%), медь, железо, серу, фтор, алюминий, марганец, цинк и многие другие элементы (всего 27). Возьмем скорлупу обыкновенного куриного яйца. Несмотря на очень малую толщину (примерно 0,3 мм) скорлупа очень прочна. Я на своем примере убедился, что не так-то легко раздавить яйцо между ладонями, напирая на его концы.
Из энциклопедии о животных я узнал, что основная причина прочности скорлупы - ее геометрическая форма, при которой усилие, приложенное снаружи в какой-либо точке, передается на всю поверхность. Кроме этого, прочность скорлупы зависит от возраста курицы и ее питания[2].
2.4. Яйцо в архитектуре, культуре и искусстве.
Много интересных фактов связано с яйцом. Например, всем знакома сказка «Курочка Ряба». Смерть «Кощея Бессмертного» была спрятана в яйце. В книжке «Путешествие Гулливера» яйцо стало причиной ссоры между Лилипутией и империей Блефуску. Шалтай - Болтай персонаж известного многим стихотворения. Ну и, конечно же, яйцо является символом светлого праздника Пасхи. (Приложение 5).
Яйца Фаберже — серия ювелирных изделий фирмы Карла Фаберже. Всего известно о создании 71 экземпляра, 52 из которых являются императорскими. Словосочетание «Яйца Фаберже» стало синонимом роскоши и эмблемой богатства императорского дома и дореволюционной России (Приложение 6).
Прочность куриного яйца уже давно заметили и ученые. Они не раз проверяли прочность птичьих яиц. По форме яиц было создано множество архитектурных памятников во всем мире:
В Пекине в форме яйца создан Национальный большой театр, здание окружено плотным кольцом искусственного круглого озера, а вход в него осуществляется по подземному тоннелю под водой (Приложение 7).
В Лондоне – современное здание мэрии, которое похоже на «хрустальное яйцо», расположенном на южном берегу реки Темзы рядом со знаменитым Тауэрским мостом. Местные так и называют этот десятиэтажный дом — pretty egg (милое яичко). А в Москве на улице Машкова красуется Дом-яйцо. Этот уникальный особняк, напоминающий яйцо Фаберже, находится в центре Москвы. Он давно вошел в число новых достопримечательностей столицы. По форме яйца созданы купол Храма Христа Спасителя, небоскрёб в Бомбее, Украинский музей «Писанка» и многие другие.
В Испании находится музей художника Сальвадора Дали, на крыше данного музея несколько гигантских яиц, и это объяснимо, ведь Дали использовал яйца во многих своих картинах. Также в Испании поставлен памятник «Колумбово яйцо». Кстати, крылатое выражение «Колумбово яйцо» обозначает неожиданно простой выход из затруднительного положения. По преданию, когда Колумб во время обеда у кардинала Мендосы рассказывал о том, как он открывал Америку, один из присутствующих сказал: «Что может быть проще, чем открыть новую землю?» В ответ на это Колумб предложил ему простую задачу: как поставить яйцо на стол вертикально[3].
Практическая часть.
3.1. Исследование яйца под микроскопом.
Яичная скорлупа довольно хрупка и легко раскалывается, например, чайной ложечкой за завтраком. В то же время скорлупа должна быть достаточно твердой, чтобы выдерживать вес курицы. В своей работе я проведу несколько опытов, тем самым, постараюсь выяснить прочность куриного яйца.
Опыт №1. Для исследования я взял столовое яйцо средних размеров и массы. Вместе с учителем рассмотрел его под микроскопом. В скорлупе очень хорошо видны поры. Я прочитал, что таких пор в скорлупе около 10000. Они необходимы, чтобы развивающийся в яйце зародыш мог дышать. Через поры происходит обмен газами с окружающим воздухом - кислород через поры входит в яйцо, а углекислый газ выходит (Приложение 8).
3.2.Изучение прочности яичной скорлупы в зависимости от ее положения и состояния.
Если учесть тот факт, что курица высиживает яйца около трех недель, при этом все время сидит на них, а вес курицы около 2-3 килограмм. Так вот становится интересным, какой же вес сможет выдержать обычное яйцо, а также интересно в каком именно месте яйцо самое прочное? Чтобы ответить на этот вопрос, я решил провести следующий эксперимент.
Опыт №2. Для этого я взял крупное яйцо домашней курицы. Совместно с папой изготовил установку. Для нее я выпилил из фанеры два квадрата. В углах каждого просверлил по одному отверстию. Ещё мне понадобились четыре длинных гвоздя. Гвозди вставил в отверстия квадратов. Дальше я размещал яйцо по центру между двумя площадками (Приложение 9). Сверху укладывал грузы, до того момента как скорлупа треснет (Приложение 10). Тем самым, измерял массу, которую может выдержать яйцо. Пять яиц (сырых) я размещал между площадками в горизонтальном положении, а другие пять (сырых) - в вертикальном (Приложение 11).
Полученные данные, заносил в таблицу (Приложение 12).
Для того чтобы узнать среднюю массу, которую может выдержать яйцо, я сложил результаты и разделил полученную сумму на число слагаемых.
Горизонтально - (3800 + 3100 + 3500 + 4200+3500): 5 = 3620 г
Вертикально - (4700 + 5500 + 5700 + 5350+4800): 5 = 5 210 г
Таким же способом я поместил вареные яйца по центру между двумя площадками. Сверху укладывали груз, до того момента, пока скорлупа не треснула. Установили массу, которую выдерживает вареное яйцо в горизонтальном и вертикальном положении.
Полученные данные заносил в таблицу 2 (Приложение 13).
После занесения данных в таблицу я узнал среднюю массу, которую может выдержать вареное яйцо, я сложил результаты и разделил полученную сумму на число слагаемых.
Горизонтально - (2500 + 2000 + 3100 + 2700+2700): 5 = 2 600 г
Вертикально - (3600 + 3800 + 3300 + 3100+3200): 5 =3 400 г
3.3. Выводы по работе.
Таким образом, экспериментально было выявлено:
Средняя масса, которую может выдержать сырое яйцо в горизонтальном положении, равна 3 кг 620 г.; средняя масса, которую может выдержать сырое яйцо в вертикальном положении, равна 5 кг 210 г.
Средняя масса, которую может выдержать вареное яйцо в горизонтальном положении, равна 2 600 г
Средняя масса, которую может выдержать вареное яйцо в вертикальном положении, равна 3 400 г.
Многократные исследования с сырым и вареным яйцом помогли мне получить достоверные данные о прочности куриного яйца и сделать следующие выводы:
Когда давление действует на скорлупу яйца при естественных условиях, она оказывается очень прочной и способна выдержать силу от 2 кг до 6 кг
Теперь я знаю ответ на вопрос, почему яйца не ломаются под тяжестью тела наседки.
Прочность яйца зависит от его положения. Раздавить яйцо, сжимая его сверху и снизу труднее, чем, сжимая его с боков.
Стало понятно, почему все яйца в гнезде птицы и даже в контейнерах в магазине лежат вертикально.
Сравнив данные прочности сырого яйца и вареного, я сделал вывод, что при варке, скорлупа становится менее прочной, можно предположить, что это происходит, потому что при варке скорлупа теряет кальций.
IV. Заключение
Человек постоянно решает проблему прочности материалов и объектов, пытается построить на века. Но пока это у него получается плохо: машины ломаются, здания рушатся, разрушаются дороги. Природа же дает нам образцы прочности, одним из таких образцов является куриное яйцо. Яйцо – чудо природы, с которого начинается жизнь. Яйцо – объект постоянных изучений человека. Мы пытаемся ответить на вопросы: что появилось раньше яйцо или птица; почему птица сидит на яйце и не давит его, а птенец легко разбивает его; почему яйца не выпадают из гнезда и т.д. Яйцо – источник многих вопросов.
Таким образом, моя гипотеза нашла своё подтверждение. Цели и задачи поставленные в работе достигнуты.
Проведя свои эксперименты, я познакомился со строением яйца. Я провел опыты и выяснил: если при ударе яйцо соприкасается с поверхностью только в одном месте, то давление на поверхность яйца максимальное. Яйцо бьется. Я смог вычислить среднюю массу, которое может выдержать яйцо и узнал, что в вертикальном положении яйцо крепче, прочнее, чем яйцо, лежащее в горизонтальном положении. Не зря все яйца в гнезде птиц, и даже в контейнерах в магазине лежат вертикально.
Проведенные опыты показали, что скорлупа яйца благодаря своей форме достаточно крепкая и способна выдержать силу от 2 кг до 6 кг, поэтому выдерживают вес наседки.
Неслучайно в архитектуре используют аналогичные формы: арки, своды, купола.
Практическое применение работы.
Куриное яйцо может служить основой для дальнейшей работы: можно проводить опыты с яйцом, изготавливать из скорлупы оригинальные поделки и забавные фигурки, можно узнать, как используют яйца в сельском хозяйстве как удобрение, народной медицине, косметологии и многое другое.
Я надеюсь, что познакомившись с результатами моей работы, мои одноклассники заинтересуются чудом яйца и захотят продолжить его изучение, ведь оно хранит еще много тайн.
V. Список литературы
Шапиро, А.И. Секреты знакомых предметов. Яйцо/ Шапиро, А.И. - Санкт-Петербург-2009.122с.
Википедия — свободная энциклопедия [Электронный ресурс]: //https://ru.wikipedia.org (дата обращения 24.10.2021).
Все знайка [Электронный ресурс]: // http://znajko.ru (дата обращения 02.11.2021).
VI. Приложения
Приложение 1
Рисунок1-3 – домашние куры моей бабушки
Приложение 2
Рисунок 4-5- яйца с домашнего подворья
Приложение 3
Рисунок 6 – строение куриного яйца
Приложение 4
Рисунок 7 – геометрическая форма яиц
Приложение 5
Рисунок 8-9 – яйцо в сказках
«Курочка ряба» «Царевна-лягушка»
Приложение 6
Рисунок 10 - яйца Фаберже
Приложение 7
Рисунок 11 – архитектурные сооружения в форме яйца
национальный большой здание мерии в Лондоне Колумбово яйцо
театр в Пекине
Приложение 8
Рисунок 12 – исследование куриного яйца под микроскопом
Приложение 9
Рисунок 13-14 – самодельная подставка для опытов
Приложение 10
Рисунок 15-19 – проведение опытов по измерению прочности яиц в разных положениях
Приложение 11
Рисунок 20-21 – взвешивание грузов для эксперимента
Приложение 12
Таблица 1 - прочность скорлупы сырого яйца в зависимости от положения.
|
Положение опыт |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Горизонтально |
3800 г |
3100 г |
3 500 г |
4200 г |
3500 |
|
Вертикально |
4700 г |
5500 |
5700 г |
5350 г |
4800 |
Приложение 13
Таблица 2 - прочность скорлупы вареного яйца в зависимости от положения.
|
Положение опыт |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Горизонтально |
2500г |
2000 г |
3 100 г |
2 700 г |
2600 |
|
Вертикально |
3 600 г |
3 800 г |
3 300 г |
3 100 г |
3200 |