MIT, 낙하 실험과 시뮬레이션으로 입증
누운 달걀이 충격 분산시켜 더 튼튼해

미 매사추세츠공과대(MIT)의 그레이트 돔 앞에서 진행한 실험에서 나온 달걀들./커뮤니케이션즈 피식스

달걀 낙하 실험은 과학 수업의 단골 소재다. 달걀을 일정 높이에서 떨어뜨릴 때 깨지지 않게 보호하는 방법을 찾는다. 그동안 교과서는 달걀을 세워 한 쪽 끝이 먼저 닿게 떨어뜨리면 덜 깨진다고 설명했다. 사실은 달랐다.

탈 코헨(Tal Cohen) 미국 매사추세츠 공대(MIT) 토목공학과 교수 연구진은 기존 상식과 달리 달걀을 세우는 것보다 옆으로 눕혀 떨어뜨릴 때 깨질 확률이 훨씬 낮다는 실험 결과를 9일 발표했다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 ‘커뮤니케이션즈 피직스(Communications Physics)’에 게재됐다.

연구진은 달걀을 8㎜, 9㎜, 10㎜ 높이에서 각각 60개씩, 총 180개를 떨어뜨리는 실험을 했다. 그 결과, 선 채 떨어진 달걀이 누워 떨어진 경우보다 더 많이 깨졌다. 예를 들어 8㎜ 높이에서 달걀을 세워 세로 방향으로 떨어뜨리면 절반 이상이 깨졌다. 아래로 향한 쪽이 어디든 깨지는 정도에는 큰 차이가 없었다. 반면 옆으로 눕혀 떨어뜨린 달걀은 같은 높이에서 10% 이하만 깨졌다.

이어 달걀을 눌러 깨는 데 필요한 힘도 측정했다. 달걀을 세우든 옆으로 눕히든 깨지는 데 필요한 힘 자체는 약 45N(뉴턴, 힘을 나타내는 단위)으로 비슷했다. 다만 달걀을 세우면 깨지기 전까지 평균 0.161㎜까지 압축됐지만, 옆으로 눕히면 0.213㎜까지 눌렸다. 눕힌 달걀이 덜 깨진 것은 압축되면서 충격을 더 많이 흡수했기 때문이라는 의미다.

연구진은 그동안 달걀을 세워 떨어뜨리면 덜 깨진다고 믿은 이유는 단단함(stiffness)과 튼튼함(toughness)을 혼동했기 때문이라고 봤다. 단단함은 물체가 형태를 유지하며 잘 눌리지 않는 정도를 말하는데 비해, 튼튼함은 충격을 얼마나 잘 흡수하고 견딜 수 있는지를 나타낸다.

흔히 단단하면 잘 깨지지 않을 것으로 생각하지만, 실제로는 눌리면서 충격을 분산시키는 튼튼한 구조가 덜 깨진다. 가로로 눕혀 떨어뜨린 달걀이 세로로 떨어진 달걀보다 더 튼튼하다는 말이다.

같은 원리로 사람이 넘어질 때 무릎을 굽히는 상황을 설명할 수 있다. 무릎을 펴고 있으면 단단해 보이지만 실제로는 충격을 흡수하지 못해 부상을 입기 쉽다. 반면 무릎을 굽히면 약해 보이지만 충격을 분산시켜 몸을 보호할 수 있다.

3차원 컴퓨터 시뮬레이션(모의실험)을 통해 얻은 결과도 낙하 실험과 동일했다. 달걀의 노른자와 흰자는 점성 있는 액체로, 달걀 껍데기는 잘 깨지는 물질로 설정해 실험한 결과, 달걀이 수평으로 떨어질 때 껍데기 전체에 힘이 고르게 퍼지며 충격이 분산됐다.

연구진은 “이번 연구는 단순한 달걀 실험을 넘어서, 건축물이나 자동차, 헬멧처럼 충격에 견뎌야 하는 구조물을 설계할 때 적용할 수 있다”고 밝혔다.

참고 자료

Communications Physics(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s42005-025-02087-0

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