Проекты по падению яиц помогают учащимся изучить основные понятия, такие как гравитация, сила и ускорение. Конкретные детали и правила в проекте «Яичная капля» могут отличаться. Общая идея состоит в том, чтобы ученики спроектировали контейнер, который позволит яйцу безопасно падать с разной высоты, не разбиваясь. Часто одна из целей - попытаться использовать как можно меньше материала. В проектах «Яйцо падение» навыки решения проблем сочетаются с базовыми принципами инженерии и физики.
Законы движения
Наука, лежащая в основе решения «проблемы» падающего яйца, находится в законах движения сэра Исаака Ньютона. Первый закон гласит, что объект в состоянии покоя будет оставаться в состоянии покоя, а объект в движении будет оставаться в движении, если на него не действует внешняя неуравновешенная сила. Этот закон означает, что если силы, действующие на падающее яйцо, равны, оно останется в своем текущем состоянии движения. Если к яйцу приложить силу, превышающую силу, действующую на яйцо, оно будет ускоряться. «Ускорение» означает любое изменение скорости - замедление, ускорение или изменение направления. Если вы держите яйцо, силы, которые вы прикладываете, равны и уравновешены, нейтрализуя силу тяжести. Поэтому в руке он остается неподвижным. Если вы отпустите яйцо, сила тяжести станет неуравновешенной и заставит яйцо упасть на землю.
Сила, масса и ускорение
Второй закон Ньютона касается взаимосвязи между массой объекта, его ускорением и силой, которую он прилагает. Чем тяжелее объект и чем быстрее он движется, тем больше силы он прилагает. Гравитация заставляет падающие предметы ускоряться со скоростью 32,2 фута в секунду в квадрате. Уменьшая количество массы в контейнере для яиц, вы уменьшаете силу, которую он оказывает при падении.
Равное и противоположное
Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Это означает, что когда вы прикладываете силу к объекту, объект оказывает на вас обратную силу. Например, если вы стояли на лодке и оттолкнулись от дока, даже если вы толкали док, док оттолкнется. Это то, что заставляет лодку отойти от причала. Эта концепция полезна для понимания того, почему яйцо разбивается при ударе о землю; земля возвращает силу яйца, когда оно встречается с землей. Использование амортизирующих материалов может помочь уменьшить силу, передаваемую между землей и яйцом.
Сохранение энергии
Закон сохранения энергии помогает понять, как смягчить эффект падения яйца на землю. Энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, а только передать. Когда объект падает на землю, часть его энергии передается земле, а часть энергии остается. Вот почему мяч может каждый раз подпрыгивать все ниже и ниже. В конце концов кинетическая энергия рассеивается, и мяч перестает подпрыгивать. Понимая, что кинетическая энергия от падения со временем может уменьшаться, учащиеся могут попытаться минимизировать силу удара падающего яйца, используя материалы, допускающие отскок.