不倒翁為什么不倒的原理

不倒翁是孩子們非常學(xué)會(huì)的玩具，因?yàn)樗趺赐娑疾粫?huì)倒，那么你知道為什么不倒翁不倒嗎?下面是小編給大家?guī)?lái)的不倒翁為什么不倒的設(shè)計(jì)原理，歡迎大家閱讀轉(zhuǎn)發(fā)!

不倒翁為什么不倒的設(shè)計(jì)原理

從最小勢(shì)能原理出發(fā)

不倒翁的結(jié)構(gòu)一般是一個(gè)上重下輕的結(jié)構(gòu)，下方是一個(gè)球體。不倒翁的重心一般低于物體的幾何中心。當(dāng)右手撥動(dòng)不倒翁，不倒翁向一邊傾斜，它的重心升高。松手后，根據(jù)最小勢(shì)能原理，此時(shí)不倒翁是不穩(wěn)定的，它總要回到勢(shì)能最小的時(shí)候，即它的初始平衡位置。這解釋了為什么不倒翁總是會(huì)回到同一位置。

物體的重心越低，轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度重心位置就升得越高，這也就意味著我們的手必須做更多的功。說(shuō)明的物體的重心越低就越穩(wěn)定，這也就是我們?cè)谏厦嫣岬降淖钚?shì)能原理。

從力矩的角度出發(fā)

不倒翁靜止在桌面上時(shí)，受到重力和桌面對(duì)其支持力，這兩個(gè)力的作用。此時(shí)不倒翁處于受力平衡狀態(tài)。當(dāng)不倒翁偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度后，重力和支持力雖然大小相等，方向相反，整個(gè)系統(tǒng)受力平衡;但這兩個(gè)力不作用于同一直線，所以其力矩不平衡。如下圖所示，支持力方向指向支點(diǎn)，而重力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)使不倒翁逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩，這個(gè)力矩能使不倒翁轉(zhuǎn)回原來(lái)的位置，直到力臂為零。

不倒翁轉(zhuǎn)過的角度越大，產(chǎn)生力矩的力臂也越大。

而至于不倒翁為什么會(huì)來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)槲矬w具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。當(dāng)不倒翁逆時(shí)針轉(zhuǎn)回初識(shí)平衡狀態(tài)時(shí)，它不會(huì)立即停下，而是會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)至向左傾倒。此時(shí)重力又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反方向的力矩，且轉(zhuǎn)動(dòng)越大力矩也越大，它會(huì)使不倒翁重新回到平衡位置。如此往復(fù)，不倒翁就擺動(dòng)起來(lái)。

不倒翁原理的應(yīng)用

人類基于不倒翁原理，發(fā)明了開發(fā)海洋時(shí)所用的單柱式平臺(tái)(Spar平臺(tái))，僅憑它個(gè)人的力量就可以立于海洋之中，而不需要借助其他設(shè)備的支持，就能做到完全穩(wěn)定。這是怎么做到的呢?

其實(shí)，這個(gè)平臺(tái)底部是空心的。一開始，這個(gè)平臺(tái)橫著漂浮在海洋之上，它的重心幾乎在這個(gè)圓柱平臺(tái)的幾何中心;然后人們通過往這個(gè)平臺(tái)底部注入液態(tài)鐵，或者液態(tài)金屬，或者其他高密度的物質(zhì)，此時(shí)平臺(tái)的重心移到了非常低的位置。根據(jù)最小勢(shì)能原理，此時(shí)圓柱平臺(tái)的重心最低最穩(wěn)定;同時(shí)根據(jù)力矩平衡，一點(diǎn)微小的偏移，都會(huì)引起圓柱平臺(tái)回復(fù)初始位置的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因此spar平臺(tái)可以穩(wěn)定地立于海上。

根據(jù)以上原理，你可以自己制作一個(gè)不倒翁。只需要掏空一個(gè)雞蛋，在雞蛋底部固定一些重物，并加上一些裝飾，一個(gè)不倒翁就完成了。

不倒翁寓意

有著堅(jiān)強(qiáng)的意志、堅(jiān)忍不拔的精神，象征人做事要持之以恒。不倒翁是一種古老的中國(guó)兒童玩具，供人們娛樂。提醒自己辦事做人要適中，不虛不滿。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。