为什么不倒翁不会倒？ 它究竟是靠什么力量而始终不倒的？
时间:2016-12-08 11:40:20 来源:新华网科普频道
原标题：为什么不倒翁不会倒？ 它究竟是靠什么力量而始终不倒的？
不倒翁的原理很简单，早在我国母系社会时期的半坡人便已能熟练运用。他们发明了一种提水壶，学名尖底瓶，是当时的汲水工具。将空的瓶子用绳子系住双耳，然后抛入水中，因为重力而自动下沉，但是注满水后，又因为重心转移，瓶口朝上竖起，此时用绳将瓶拉倒岸边，从而实现汲水的功能。
虽然原理大致相同，但是关于不倒翁的前身，学者们普遍认同是由唐代的一种劝酒工具——捕醉仙转化而来。后来则不知哪位匠人突发灵感，而将此改制，成为一种头戴乌纱、身着官袍的不倒翁玩具，并快速得到孩童的喜爱与追捧。
我们小时候大约也都玩过不倒翁，上面我们也简单讲了一下它的前身历史，但是它究竟是靠什么力量而始终不倒呢？我们来细细地讲一讲。
首先，不倒翁是什么样子的呢？我们最常见的不倒翁是纸身、泥底，也有用木头、铁块或小石子为底的，但是不管用什么材料，不倒翁总有这么一些特点，即：上半身为空心壳体、下半身位实心半球体，底部的轮廓则是一个圆形。这些特点使它们具有了一致的基本力学结构,从而达到“不倒”的效果。
为什么这样就不会倒了呢？我们说过了，不倒翁上半身是一个空心壳体，重量很轻；下半身是一个实心的半球体，重量相对较大，所以不倒翁的重心是在下面较重的半球体之内。而半球体与其支承面之间只有一个支点，当半球体在支承面上滚动时，支点的位置也随之发生改变。信息观察，我们就可以发现，不倒翁始终都是用这么一个支点立于支承面之上的，即它什么时候都是一个独脚体。
虽然独脚，但是在不受外力的情况下，它所受的地球引力和地面对它的支持力是大小相等、方向相反、作用在一条直线上的一对平衡力，所以它可以保持平衡。那么当有外力作用的时候，它又是怎么保持平衡的呢？
受到外力后，不倒翁倾斜，并受到两个力矩的作用，一个是外力的干扰力矩，另一个则是不倒翁自身重力形成的抵抗力矩。根据杠杆原理，当不倒翁倒下时，重心的作用点一直处于端部，而且不管此时的支点在哪里，虽然底座的力臂较短，但是力矩却大，于是不倒翁便因为底座这边较大的力矩而恢复成原始状态，即直立状态。此外，因为不倒翁的底部为圆形，所受的摩擦力小，也便于它回到原始状态。
在这个过程中，新平衡的建立是重中之重，因为只有重新建立平衡，才能消除外力的影响；既然外力影响已经去除，那么再回到最初的原始状态，就不成问题了。整个这种过程，即不倒翁始终保持平衡的属性，被称为“平衡的稳定性”。
用简单点的白话来说，就是：上轻下重的物体比较稳定，即重心越低越稳定。所以不论不倒翁如何“跌倒”，它总会再次“爬起来”。
投稿:chuanbeiol@163.com
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