たまごの殻は、なぜ手で握っても割れないのに、ふちで軽く当てると割れるの？
― 形が力を散らし、一点が力を集めています

たまごの殻は、指でつまむと簡単にへこみそうなくらい薄いのに、手のひらで包んで力いっぱい握っても、なかなか割れません。ところがボウルのふちに軽くコツンと当てるだけで、あっさりひびが入ります。同じ殻なのに、この差はどこから生まれるのでしょうか。答えは「殻の強さ」ではなく、力の当たり方にあります。

理由は、大きく2つです

この2つは、同じことを表と裏から見たものです。順番に見ていきましょう。

まるごと握ると、力は殻ぜんぶに散らばります

たまごの形は、上下に少し長い、丸みのある閉じた殻です。この形の面白いところは、外から押されたときに、力が殻の壁の中を伝わっていくという点にあります。石を積んだ橋のアーチや、丸い屋根の建物と同じ考え方です。

手のひらで包んで握ると、殻は広い面積で押されます。押された力は、その場所にとどまらずに殻の壁づたいに周りへ流れ、やがて反対側の手のひらに受けとめられます。どこか一か所だけが特別に苦しい、という状態になりません。だから、かなり強く握っても殻は持ちこたえます。

ところが、ボウルのふちが当たるのは、ほんの数ミリの範囲です。図1を見てください。左の図が手のひらで包んだ場合、右の図がふちに当てた場合です。同じ大きさの力でも、当たる面積が小さいほど、その場所にかかる負担は大きくなります。

一点で当てると、殻は「曲げられ」ます

力が集中することのほかに、もうひとつ大事な違いがあります。それは、殻の内側で何が起きるかです。

たまごの殻は、その大部分が炭酸カルシウムという物質でできているとされています。この材料は、押しつぶす力にはとてもよく耐えますが、両側から引っぱって裂こうとする力には弱い、という性質を持ちます。石やコンクリートと似た仲間だと考えると分かりやすいでしょう。

手のひらで包んだときの殻には、押す力ばかりが働きます。得意な力だけを受けている状態です。ところがふちに一点で当てられると、その周りの殻がわずかにへこみます。へこんだところでは、殻の外側は縮み、内側は逆に引きのばされます。これが「曲げ」です。殻がいちばん苦手な引っぱる力が、内側の面に生まれてしまうわけです。

さらに、殻の表面や内部には、目に見えない小さな傷やすき間があります。引っぱる力がかかると、こうした弱いところが起点になって、ひびが一気に走ります。だから割れ方が「じわじわ」ではなく「ぱきっ」と急なのです。

まとめ

たまごの殻が握っても割れにくいのは、丸い形が力を殻ぜんぶへ配り、殻が得意な「押される力」だけを受けている状態になるからです。逆にふちに当てると、力がごく狭い範囲に集まり、殻が曲がって内側に「引っぱられる力」が生まれます。割れやすさを決めているのは力の大きさではなく、その力がどこに、どう当たるかなのです。

強いのは殻ではなく、殻の「形」。
だから、当て方ひとつで結果が変わります。

体の大きさと強さの関係はアリが自分の何十倍もの荷物を運べる理由で、材料が「強い」とはどういうことかはクモの巣が雨や風で壊れない理由で取り上げています。殻の材料である炭酸カルシウムそのものについては鍾乳石がゆっくり伸びる理由が、割ったあとのたまごの話は生卵がゆでると固まる理由が近い内容です。

※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。台所で試すときは、割れた殻や中身で足元がすべらないよう気をつけ、生のたまごを扱ったあとは手をよく洗ってください。