當前位置:
首頁 > 知識 > 為什麼不倒翁不會倒?

為什麼不倒翁不會倒?

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。

為什麼不倒翁不會倒?

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。

為什麼不倒翁不會倒?

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,一個是外力的干擾力矩,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」。

為什麼不倒翁不會倒?

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」。


為什麼不倒翁不會倒?

本作品為「科普中國-科學原理一點通」原創 轉載時務請註明出處

更多精彩內容,敬請關注科學原理一點通官方網站

微信公眾平台(ID:kxylydt)

作者寫於2016-05-19
喜歡這篇文章嗎?立刻分享出去讓更多人知道吧!

本站內容充實豐富,博大精深,小編精選每日熱門資訊,隨時更新,點擊「搶先收到最新資訊」瀏覽吧!


請您繼續閱讀更多來自 知識百科 的精彩文章:

男女第一次最佳年齡究竟是多大?

TAG:知識百科 |