不倒翁為什么不會(huì)倒

　　小時(shí)候都玩過(guò)不倒翁，都想過(guò)不倒翁為什么不會(huì)倒呢。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的不倒翁相關(guān)知識(shí)以供大家閱讀。

　　不倒翁為什么不會(huì)倒：重心低

　　上輕下重的物體比較穩(wěn)定，也就是說(shuō)重心越低越穩(wěn)定。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。

　　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。

　　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。