不倒翁為什麼不倒

　　不倒翁是一種古老的漢族兒童玩具，最早記載出現於唐代。形狀像人而在造形和重量上製成一經觸動就搖擺然後恢復直立狀態。不倒翁也可比喻某些善於應付環境而能長期保持自己權位的人，有貶義。小朋友們肯定會問，為什麼不倒翁會不倒呢?下面就由小編來講解一下吧!

　　當不倒翁在豎立狀態處於平衡時，重心和接觸點的距離最小，即重心最低。偏離平衡位置後，重心總是升高的。因此，這種狀態的平衡是穩定平衡。所以不倒翁無論如何搖擺，總是不倒的。再比如像我們在科技館看到的“錐體上滾”實驗，也是這個道理，由於錐體的形狀和兩邊軌道的形狀，使它的重心在下降，但看起來好像在上升，向上滾與生活中的事實不符合。但它只是一種假像，看到它的本質，還是重心降低了，因此重心越低越穩定。在生活中為增加物體的穩定性，我們常採用加重下面的重量，如電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等。

　　利用重心這種特點，還可以做許多有趣的實驗和解釋一些現象。如可以做一個斤頭蟲，把一粒膠囊開啟，裝入一個小滾珠，即可來回翻跟頭。我們常見一個盒子只放在桌上一點，但卻不掉下去，這是因為盒子靠桌子的一頭，是“重心”所在，所以盒子懸空，但不掉下來。走鋼絲的雜技演員，手持平衡棒也是為降低重心，達到平衡的目的。

　　不倒翁的自制方法：選用球形塑料中藥丸的包裝盒，這種盒可以從中間開啟，正好是兩個半球。在一個半球內放入適量的橡皮泥或溼膠泥，成為不倒翁的底部，在另一個半球外粘一個圓錐形的帽子，成為不倒翁上部。將兩個半球扣合後，畫上面部，就製成了。

　　一、力學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，再用泥土製成半圓形的底座，將二者粘合好之後，再在外表糊上淨紙，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;還有用小葫蘆挖淨內瓤，內部灌鉛做成的“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：上半身為空心殼體、下半身是一個實心的半球體，底部為圓形。這些特點使它們具有了一致的基本力學結構，都能達到“不倒”的效果。

　　1.不倒翁的形體結構

　　不倒翁為空心殼體，重量很輕;下半身是一個實心的半球體，重量較大，不倒翁的重心就在半球體之內。下面的半球體和支承面之間有一個接觸點，這個半球體在支承面上滾動時，接觸點的位置就要發生改變。不倒翁始終用一個接觸點站立在支承面上，它永遠是一個獨腳體。

　　2.不倒翁的平衡的穩定性

　　不倒翁在受到外力的作用時，就要失去平衡，而在外力去除後，不倒翁能自行回覆到平衡狀態，這說明不倒翁具有一種抵抗外力干擾保持平衡的能力，這就是平衡的穩定性。這種抵抗干擾保持平衡的能力的形成，應該從不倒翁的受力情況來看。

　　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，受到兩個外力的作用：一個是重力G，地球對不倒翁的吸引力;另一個是支援力，桌面對牛球體的反作用力。根據物體的平衡條件，只要這兩個力大小相等、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。

　　第二，不倒翁傾斜的受力情況。不倒翁傾斜時受到兩個力矩的作用，我們稱外力的作用為干擾，外力形成干擾力矩;另一個叫抵抗力矩，由自身的重力形成。本來不倒翁是直立的，由於外力的作用，外力對不倒翁與製成面的接觸點產生力矩，使不倒翁傾斜，打破原來的平衡。此外，本來重力是不產生力矩的，因為本來不倒翁是直立的，重力的作用線和支點位於同一直線上，力矩為零。由於外力的作用，不倒翁傾斜，半球體向一側滾動，接觸點隨之移動，形成了新的接觸點，即形成了新的支點，此時重力的作用線和原支點不在同一直線上，因而形成力矩，這就是抵抗力矩。正是由於抵抗力矩的形成和發展，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，當抵抗力矩等於干擾力矩時，不倒翁就進入新的平衡狀態——傾斜的平衡狀態，此時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後，原有的平衡破壞了，但新的平衡隨之形成，不倒翁可以接續地保持平衡，雖然平衡的方式不同，但平衡的本質不變，這種便是動態平衡。

　　第三，不倒翁復原的受力情況。從勢能角度考慮，勢能低的物體比較穩定，物體一定會向著勢能低的狀態變化。當不倒翁倒下的時候，由於集中了大部分重心的底座被抬高，造成勢能增加，所以不倒翁要回復原來的位置。從槓桿原理來說，不倒翁倒下時，重心的作用點一直處於端部，不管支點在哪裡，雖然底座的力臂較短，但是力矩=力*力臂，不倒翁還是會因為底座那頭力矩大而回復到原來位置。此外，不倒翁底部為圓形，摩擦力小，便於不倒翁回到原來位置。

　　在以上的整個過程中，建立新的平衡是其中主要的問題，因為只有如此才能抵制外力的干擾，而回復原有的平衡則是次要問題，因為此時外力的干擾已經去除。在整個過程中不倒翁始終保持平衡的屬性，這便是“平衡的穩定性”。

　　4.力學原理小結　　綜上所述，這個原理的要點在於：使重力的作用線偏離支點，使重力對支點產生力矩，即抵抗力距。由於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，最終實現和外力力矩的平衡，不倒翁抵抗外力干擾、保持平衡的能力就是這樣形成的。

　　二、不倒翁原理的應用不倒翁力學原理在人們的生產生活中有著廣泛的應用。在建築設計、玩具製造、生活用品、汽車結構設計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“上輕下重的物體因重心低而更加穩定”加以充分利用，較大的提高了各種設施的常見的不倒翁玩具、不倒翁式水杯

　　小編相信這樣說，大家都明白了!