不倒翁為什么不倒

　　不倒翁是一種古老的漢族兒童玩具，最早記載出現(xiàn)于唐代。形狀像人而在造形和重量上制成一經(jīng)觸動(dòng)就搖擺然后恢復(fù)直立狀態(tài)。不倒翁也可比喻某些善于應(yīng)付環(huán)境而能長(zhǎng)期保持自己權(quán)位的人，有貶義。小朋友們肯定會(huì)問(wèn)，為什么不倒翁會(huì)不倒呢?下面就由小編來(lái)講解一下吧!

　　當(dāng)不倒翁在豎立狀態(tài)處于平衡時(shí)，重心和接觸點(diǎn)的距離最小，即重心最低。偏離平衡位置后，重心總是升高的。因此，這種狀態(tài)的平衡是穩(wěn)定平衡。所以不倒翁無(wú)論如何搖擺，總是不倒的。再比如像我們?cè)诳萍拣^看到的“錐體上滾”實(shí)驗(yàn)，也是這個(gè)道理，由于錐體的形狀和兩邊軌道的形狀，使它的重心在下降，但看起來(lái)好像在上升，向上滾與生活中的事實(shí)不符合。但它只是一種假像，看到它的本質(zhì)，還是重心降低了，因此重心越低越穩(wěn)定。在生活中為增加物體的穩(wěn)定性，我們常采用加重下面的重量，如電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等。

　　利用重心這種特點(diǎn)，還可以做許多有趣的實(shí)驗(yàn)和解釋一些現(xiàn)象。如可以做一個(gè)斤頭蟲，把一粒膠囊打開，裝入一個(gè)小滾珠，即可來(lái)回翻跟頭。我們常見一個(gè)盒子只放在桌上一點(diǎn)，但卻不掉下去，這是因?yàn)楹凶涌孔雷拥囊活^，是“重心”所在，所以盒子懸空，但不掉下來(lái)。走鋼絲的雜技演員，手持平衡棒也是為降低重心，達(dá)到平衡的目的。

　　不倒翁的自制方法：選用球形塑料中藥丸的包裝盒，這種盒可以從中間打開，正好是兩個(gè)半球。在一個(gè)半球內(nèi)放入適量的橡皮泥或濕膠泥，成為不倒翁的底部，在另一個(gè)半球外粘一個(gè)圓錐形的帽子，成為不倒翁上部。將兩個(gè)半球扣合后，畫上面部，就制成了。

　　一、力學(xué)原理最常見的不倒翁是紙身、泥底，即用紙漿灌模或用廢紙粘糊成形，再用泥土制成半圓形的底座，將二者粘合好之后，再在外表糊上凈紙，施以彩繪而成;也有的用木頭做底，底部中心固定上鐵塊和小石子;還有用小葫蘆挖凈內(nèi)瓤，內(nèi)部灌鉛做成的“葫蘆”;今天還有用雞蛋殼、舊乒乓球做成的小不倒翁。所有的這些不倒翁都有相同的特點(diǎn)：上半身為空心殼體、下半身是一個(gè)實(shí)心的半球體，底部為圓形。這些特點(diǎn)使它們具有了一致的基本力學(xué)結(jié)構(gòu)，都能達(dá)到“不倒”的效果。

　　1.不倒翁的形體結(jié)構(gòu)

　　不倒翁為空心殼體，重量很輕;下半身是一個(gè)實(shí)心的半球體，重量較大，不倒翁的重心就在半球體之內(nèi)。下面的半球體和支承面之間有一個(gè)接觸點(diǎn)，這個(gè)半球體在支承面上滾動(dòng)時(shí)，接觸點(diǎn)的位置就要發(fā)生改變。不倒翁始終用一個(gè)接觸點(diǎn)站立在支承面上，它永遠(yuǎn)是一個(gè)獨(dú)腳體。

　　2.不倒翁的平衡的穩(wěn)定性

　　不倒翁在受到外力的作用時(shí)，就要失去平衡，而在外力去除后，不倒翁能自行回復(fù)到平衡狀態(tài)，這說(shuō)明不倒翁具有一種抵抗外力干擾保持平衡的能力，這就是平衡的穩(wěn)定性。這種抵抗干擾保持平衡的能力的形成，應(yīng)該從不倒翁的受力情況來(lái)看。

　　3.不倒翁的受力情況有三種

　　第一，不倒翁平衡的受力情況。不倒翁在桌面上，受到兩個(gè)外力的作用：一個(gè)是重力G，地球?qū)Σ坏刮痰奈?另一個(gè)是支持力，桌面對(duì)牛球體的反作用力。根據(jù)物體的平衡條件，只要這兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用在一條直線上，不倒翁就能夠保持平衡的狀態(tài)。

　　第二，不倒翁傾斜的受力情況。不倒翁傾斜時(shí)受到兩個(gè)力矩的作用，我們稱外力的作用為干擾，外力形成干擾力矩;另一個(gè)叫抵抗力矩，由自身的重力形成。本來(lái)不倒翁是直立的，由于外力的作用，外力對(duì)不倒翁與制成面的接觸點(diǎn)產(chǎn)生力矩，使不倒翁傾斜，打破原來(lái)的平衡。此外，本來(lái)重力是不產(chǎn)生力矩的，因?yàn)楸緛?lái)不倒翁是直立的，重力的作用線和支點(diǎn)位于同一直線上，力矩為零。由于外力的作用，不倒翁傾斜，半球體向一側(cè)滾動(dòng)，接觸點(diǎn)隨之移動(dòng)，形成了新的接觸點(diǎn)，即形成了新的支點(diǎn)，此時(shí)重力的作用線和原支點(diǎn)不在同一直線上，因而形成力矩，這就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和發(fā)展，抵抗和制止了外力的干擾作用。抵抗力矩的方向和干擾力矩的方向正好相反，同時(shí)隨著不倒翁傾斜的角度不斷增大，重心作用線的偏移量也不斷增大，抵抗力矩的量值也不斷增大，當(dāng)?shù)挚沽氐扔诟蓴_力矩時(shí)，不倒翁就進(jìn)入新的平衡狀態(tài)——傾斜的平衡狀態(tài)，此時(shí)外力的干擾作用也就宣告停止。由此可知，不倒翁受到外力干擾后，原有的平衡破壞了，但新的平衡隨之形成，不倒翁可以接續(xù)地保持平衡，雖然平衡的方式不同，但平衡的本質(zhì)不變，這種便是動(dòng)態(tài)平衡。

　　第三，不倒翁復(fù)原的受力情況。從勢(shì)能角度考慮，勢(shì)能低的物體比較穩(wěn)定，物體一定會(huì)向著勢(shì)能低的狀態(tài)變化。當(dāng)不倒翁倒下的時(shí)候，由于集中了大部分重心的底座被抬高，造成勢(shì)能增加，所以不倒翁要回復(fù)原來(lái)的位置。從杠桿原理來(lái)說(shuō)，不倒翁倒下時(shí)，重心的作用點(diǎn)一直處于端部，不管支點(diǎn)在哪里，雖然底座的力臂較短，但是力矩=力*力臂，不倒翁還是會(huì)因?yàn)榈鬃穷^力矩大而回復(fù)到原來(lái)位置。此外，不倒翁底部為圓形，摩擦力小，便于不倒翁回到原來(lái)位置。

　　在以上的整個(gè)過(guò)程中，建立新的平衡是其中主要的問(wèn)題，因?yàn)橹挥腥绱瞬拍艿种仆饬Φ母蓴_，而回復(fù)原有的平衡則是次要問(wèn)題，因?yàn)榇藭r(shí)外力的干擾已經(jīng)去除。在整個(gè)過(guò)程中不倒翁始終保持平衡的屬性，這便是“平衡的穩(wěn)定性”。

　　4.力學(xué)原理小結(jié)　　綜上所述，這個(gè)原理的要點(diǎn)在于：使重力的作用線偏離支點(diǎn)，使重力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生力矩，即抵抗力距。由于不倒翁傾斜的角度不斷增大，重力作用線的偏移量隨之增大，抵抗力矩也隨之增大，最終實(shí)現(xiàn)和外力力矩的平衡，不倒翁抵抗外力干擾、保持平衡的能力就是這樣形成的。

　　二、不倒翁原理的應(yīng)用不倒翁力學(xué)原理在人們的生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。在建筑設(shè)計(jì)、玩具制造、生活用品、汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及體育健身等方面，不倒翁原理不僅帶給了人們樂趣，人們還對(duì)“上輕下重的物體因重心低而更加穩(wěn)定”加以充分利用，較大的提高了各種設(shè)施的常見的不倒翁玩具、不倒翁式水杯

　　小編相信這樣說(shuō)，大家都明白了!