달걀은 타원형을 하고 있어, '수직 방향으로부터의 힘에는 강하지만, 수평 방향으로부터의 힘에는 약하다'고 알려져 있지만, '달걀은 옆으로 떨어뜨려야 잘 깨지지 않는다'는 실험 결과를 매사추세츠공대(MIT) 학생팀이 발표했다.
아침 식사로 달걀 프라이를 만들려고 달걀을 깰 때, 세로 방향보다 가로 방향으로 내리치는 것이 깨지기 쉽게 되어 있는데, 기존에 계란은 가로로부터의 힘보다 세로로부터의 힘에 강한 것으로 알려져 있어, 계란을 떨어뜨렸을 때도 세로 방향으로 떨어뜨리는 것이 잘 깨지지 않는다고 생각되어 왔다.
MIT의 토목환경공학과에서는, 한 해 강의에서 계란 낙하가 주제로 다뤄진다고 하는데, 이것은 과학 문헌을 참고해 계란을 낙하 시 깨지지 않도록 하려면 어떻게 해야 하는지를 추궁하기 위한 것인데, 토목환경공학과 교수는 "3년 정도 전부터 수직 방향의 낙하가 정말 강도에 강한지를 의문스럽게 생각하게 되었습니다"라고 말한다.
그래서, 교수가 이끄는 연구팀은 코스트코에서 60개들이 1카톤의 계란을 구입해, 실험을 실시. 연구팀은 계란을 실온으로 되돌린 후, 금이 가지않은 깨끗한 계란을 시각적 검사로 골랐고, 계란의 평균 크기는 길이 56mm, 폭 44mm, 무게 59g이었다.
실험은 두 종류로 진행되었는데, 하나는 정적 압축 시험으로 계란을 고정 플래튼(압반) 위에 놓고 상부 플래튼으로 압축. 계란은 세로 혹은 가로로 고정되었고, 상부 플래튼은 분당 10mm로 하강하여 계란을 압축했다. 연구팀은 계란이 깨질 때까지 압축을 계속하면서 힘과 시간, 변위를 기록.
그 결과, 세로 방향 최대 하중은 46.0±6.61N(뉴턴), 가로 방향 최대 하중은 45.2±5.52N이었으며, 연구팀은 '계란의 방향에 상관없이 최대 하중에 통계적 유의차는 없었다'고 주장하고 있다. 한편 최대 변위량은 세로 방향이 0.161±0.015mm, 가로 방향이 0.213±0.022mm였는데, 이것은 가로 방향의 알은 세로 방향과 비교하여 파괴 전에 더 크게 변형된다는 것을 보여준다.
두 번째 실험은 동적 낙하 시험으로, 연구팀은 계란을 8mm·9mm·10mm라는 3가지의 높이에서 가로 방향·예단을 위로 한 세로 방향·예단을 아래로 한 세로 방향의 3 패턴으로 떨어뜨려, 각 20회씩 합계 180회의 시험을 실시. 계란은 지정 높이에 맞춘 소노레이드로 끼워 넣도록 유지해 고정 플래튼에 낙하시켰다는 것. 이때 낙하 시의 힘을 1kHz의 샘플링 레이트로 기록했다.
그 결과, 어느 높이에서도 계란이 깨진 비율은 가로 방향이 가장 낮았다고 하는데, 예를 들어, 8mm 높이에서의 낙하 시험에서는, 깨진 계란의 비율은 가로 방향이면 5%였지만, 세로 방향이면 예단의 상하에 관계없이 약 55%의 계란이 깨졌다. 10mm 높이에서도 가로 방향은 약 45%였던 반면, 세로 방향은 어느 방향으로든 약 80%의 달걀이 깨졌다는 것.
연구팀은, 세로 방향의 경우, 예단의 상하에서 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았지만, 세로 방향과 가로 방향으로 비교하면 뚜렷한 차이가 있어, 가로 방향이 통계적으로 유의하게 갈라지기 어려웠다고 주장하고 있다.
게다가, 2가지의 실험에 대해서 컴퓨터상에서 수치 시뮬레이션을 실시했는데, 실제의 실험 결과와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다고 하는 것. 특히, 힘과 변위의 추이나 균열 패턴등도 가상 공간에서 재현할 수 있었다고 한다. 이 결과에서 연구팀은 달걀을 옆으로 떨어뜨리는 것이 잘 깨지지 않는다는 결론을 얻었다는 것.
연구팀은, '달걀은 세로 방향으로 떨어뜨리면 잘 깨지지 않는다'는 통설에 대해, 달걀의 강성은 세로 방향에서 하중을 가했을 때가 더 높다는 사실이 실험과 수치 시뮬레이션 모두에서 확인됐으며, 이는 맞다고 밝혔다. 그러나 "이는 계란이 세로 방향으로 더 큰 힘을 견딜 수 있음을 의미하지 않는다"고 지적하며, "계란은 세로 방향으로 더 높은 힘을 견딜 수 있기 때문에, 충격 시 파괴될 가능성이 낮다"는 결론은 잘못됐다고 주장하고 있다.
연구팀은, 계란의 '강도'라는 말의 정의가 모호한 채 논의가 이루어져 왔기 때문에, 오해가 있었다고 주장하고 있으며, 강성은 어디까지나 변형에 대한 저항력이지만, 떨어졌을 때 잘 깨지지 않는지를 좌우하는 것은 에너지의 흡수 능력, 즉 인성이다. 즉, 낙하 시에 중요한 것은 얼마나 딱딱한가가 아니라, 얼마나 에너지를 흡수할 수 있는가 하는 것. 이번 실험 결과에서는, 달걀은 옆쪽이 더 많은 에너지를 흡수할 수 있기 때문에, 잘 깨지지 않는다는 결과에 이르렀다고 연구팀은 주장하고 있다.
연구팀은 「우리의 논문은, 일반적인 개념에 도전해, 직감이 아닌 실증적 증거에 의지하는 것의 가치를 생각나게 하는 것입니다. 우리의 연구를 통해 학생들이 호기심을 가지고, 가장 가까운 가정에조차 의문을 가지고, 주변의 물리적 세계에 대해 계속 비판적으로 생각하게 되기를 바랍니다. 그것이 우리 그룹에서 목표로 하고 있는 것입니다. 즉, 사려 깊은 탐구를 통해 배우는 것에 끊임없이 도전하는 것입니다」라고 코멘트.