為什麼不倒翁不會倒? 它究竟是靠什麼力量而始終不倒的?

為什麼不倒翁不會倒？ 它究竟是靠什麼力量而始終不倒的？

時間：2016-12-08 11:40   來源：新華網科普頻道   責任編輯：沫朵

川北在線核心提示：原標題：為什麼不倒翁不會倒？ 它究竟是靠什麼力量而始終不倒的？ 不倒翁的原理很簡單，早在我國母系社會時期的半坡人便已能熟練運用。他們發明了一種提水壺，學名尖底瓶，是當時的汲水工具。將空的瓶子用繩子系住雙耳，然後拋入水中，因為重力而自動下沉，但是注滿水

　　原標題：為什麼不倒翁不會倒？ 它究竟是靠什麼力量而始終不倒的？

 

　　不倒翁的原理很簡單，早在我國母系社會時期的半坡人便已能熟練運用。他們發明了一種提水壺，學名尖底瓶，是當時的汲水工具。將空的瓶子用繩子系住雙耳，然後拋入水中，因為重力而自動下沉，但是注滿水後，又因為重心轉移，瓶口朝上豎起，此時用繩將瓶拉倒岸邊，從而實現汲水的功能。

 

　　雖然原理大致相同，但是關於不倒翁的前身，學者們普遍認同是由唐代的一種勸酒工具——捕醉仙轉化而來。後來則不知哪位匠人突發靈感，而將此改制，成為一種頭戴烏紗、身著官袍的不倒翁玩具，並快速得到孩童的喜愛與追捧。
 

　　我們小時候大約也都玩過不倒翁，上面我們也簡單講了一下它的前身歷史，但是它究竟是靠什麼力量而始終不倒呢？我們來細細地講一講。

 

　　首先，不倒翁是什麼樣子的呢？我們最常見的不倒翁是紙身、泥底，也有用木頭、鐵塊或小石子為底的，但是不管用什麼材料，不倒翁總有這麼一些特點，即：上半身為空心殼體、下半身位實心半球體，底部的輪廓則是一個圓形。這些特點使它們具有了一致的基本力學結構,從而達到「不倒」的效果。

　　為什麼這樣就不會倒了呢？我們說過了，不倒翁上半身是一個空心殼體，重量很輕；下半身是一個實心的半球體，重量相對較大，所以不倒翁的重心是在下面較重的半球體之內。而半球體與其支承面之間只有一個支點，當半球體在支承面上滾動時，支點的位置也隨之發生改變。信息觀察，我們就可以發現，不倒翁始終都是用這麼一個支點立於支承面之上的，即它什麼時候都是一個獨腳體。

　　雖然獨腳，但是在不受外力的情況下，它所受的地球引力和地面對它的支持力是大小相等、方向相反、作用在一條直線上的一對平衡力，所以它可以保持平衡。那麼當有外力作用的時候，它又是怎麼保持平衡的呢？

 

　　受到外力後，不倒翁傾斜，並受到兩個力矩的作用，一個是外力的幹擾力矩，另一個則是不倒翁自身重力形成的抵抗力矩。根據槓桿原理，當不倒翁倒下時，重心的作用點一直處於端部，而且不管此時的支點在哪裡，雖然底座的力臂較短，但是力矩卻大，於是不倒翁便因為底座這邊較大的力矩而恢復成原始狀態，即直立狀態。此外，因為不倒翁的底部為圓形，所受的摩擦力小，也便於它回到原始狀態。

 

　　在這個過程中，新平衡的建立是重中之重，因為只有重新建立平衡，才能消除外力的影響；既然外力影響已經去除，那麼再回到最初的原始狀態，就不成問題了。整個這種過程，即不倒翁始終保持平衡的屬性，被稱為「平衡的穩定性」。

　　用簡單點的白話來說，就是：上輕下重的物體比較穩定，即重心越低越穩定。所以不論不倒翁如何「跌倒」，它總會再次「爬起來」。

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