一、不倒翁為什么不倒

不倒翁之所以不會倒，一方面是因為不倒翁的整個身體都很輕，只是在它的底部有一個較重的東西（鉛塊或鐵塊），因此，它的重心很低。另(ling)一(yi)方面，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)的(de)(de)底面積大(da)(da)而圓滑，容易(yi)擺(bai)動(dong)。當不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)向一(yi)邊傾斜時(shi)(shi)，由于(yu)支(zhi)點(dian)(dian)（和(he)(he)桌(zhuo)面的(de)(de)接(jie)觸點(dian)(dian)）發生(sheng)(sheng)變動(dong)，重(zhong)(zhong)(zhong)心和(he)(he)支(zhi)點(dian)(dian)就(jiu)(jiu)不(bu)(bu)(bu)再在同一(yi)條(tiao)重(zhong)(zhong)(zhong)垂線上了，這時(shi)(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)的(de)(de)作(zuo)用會使它(ta)(ta)繞支(zhi)點(dian)(dian)擺(bai)動(dong)，使不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)恢復正常(chang)的(de)(de)位置。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾斜的(de)(de)程度越(yue)大(da)(da)，支(zhi)點(dian)(dian)離開重(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)水平距離就(jiu)(jiu)越(yue)大(da)(da)，重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)擺(bai)動(dong)效(xiao)果(guo)將隨著(zhu)增加，使它(ta)(ta)恢復原位的(de)(de)趨勢也就(jiu)(jiu)越(yue)顯(xian)著(zhu)，所以(yi)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)是永遠推(tui)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)的(de)(de)。

用(yong)簡(jian)單點的白話來說，就是：上(shang)輕下(xia)重的物體比較(jiao)穩定，即重心越低(di)越穩定。所以不論不倒翁如何(he)“跌(die)倒”，它總會再次“爬起來”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不(bu)倒(dao)翁(weng)為空(kong)心殼體(ti)，重(zhong)量(liang)很輕；下半(ban)身是一(yi)(yi)(yi)個(ge)實心的(de)半(ban)球體(ti)，重(zhong)量(liang)較大，不(bu)倒(dao)翁(weng)的(de)重(zhong)心就在半(ban)球體(ti)之(zhi)內。下面(mian)的(de)半(ban)球體(ti)和支(zhi)承(cheng)面(mian)之(zhi)間(jian)有一(yi)(yi)(yi)個(ge)接觸點，這個(ge)半(ban)球體(ti)在支(zhi)承(cheng)面(mian)上滾(gun)動(dong)時(shi)，接觸點的(de)位置就要發生改變(bian)。不(bu)倒(dao)翁(weng)始(shi)終用一(yi)(yi)(yi)個(ge)接觸點站立(li)在支(zhi)承(cheng)面(mian)上，它(ta)永遠是一(yi)(yi)(yi)個(ge)獨腳體(ti)。

2、穩定性

不倒(dao)翁在受到外(wai)力(li)(li)的(de)(de)作用時，就要(yao)失去平(ping)衡(heng)，而(er)在外(wai)力(li)(li)去除(chu)后，不倒(dao)翁能自行回復到平(ping)衡(heng)狀態，這說明不倒(dao)翁具有(you)一(yi)種(zhong)抵抗外(wai)力(li)(li)干擾(rao)保持平(ping)衡(heng)的(de)(de)能力(li)(li)，這就是平(ping)衡(heng)的(de)(de)穩(wen)定性。這種(zhong)抵抗干擾(rao)保持平(ping)衡(heng)的(de)(de)能力(li)(li)的(de)(de)形成，應該(gai)從不倒(dao)翁的(de)(de)受力(li)(li)情況來看。

3、受力情況

第(di)一(yi)，不(bu)(bu)(bu)倒翁平(ping)(ping)衡的受力(li)情況。不(bu)(bu)(bu)倒翁在桌面(mian)上，受到兩個外力(li)的作(zuo)用：一(yi)個是(shi)重力(li)G，地球(qiu)對不(bu)(bu)(bu)倒翁的吸引(yin)力(li)；另(ling)一(yi)個是(shi)支持(chi)(chi)力(li)，桌面(mian)對牛(niu)球(qiu)體(ti)的反作(zuo)用力(li)。根據物體(ti)的平(ping)(ping)衡條(tiao)件(jian)，只要(yao)這兩個力(li)大小相(xiang)等、方向相(xiang)反、作(zuo)用在一(yi)條(tiao)直線上，不(bu)(bu)(bu)倒翁就能(neng)夠保(bao)持(chi)(chi)平(ping)(ping)衡的狀態。

第二，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜時(shi)(shi)(shi)受到(dao)(dao)兩個(ge)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，我們稱外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)為(wei)干(gan)擾，外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)；另一(yi)(yi)個(ge)叫(jiao)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，由自身(shen)的(de)(de)(de)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)。本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)直立的(de)(de)(de)，由于(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)與(yu)制(zhi)成(cheng)(cheng)面的(de)(de)(de)接(jie)觸點(dian)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜，打破(po)原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。此外(wai)，本(ben)來(lai)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)，因為(wei)本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)直立的(de)(de)(de)，重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)和支(zhi)(zhi)點(dian)位(wei)于(yu)同一(yi)(yi)直線(xian)(xian)上(shang)(shang)，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)為(wei)零。由于(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜，半球體(ti)向一(yi)(yi)側滾(gun)動(dong)(dong)，接(jie)觸點(dian)隨之移(yi)動(dong)(dong)，形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)接(jie)觸點(dian)，即形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)點(dian)，此時(shi)(shi)(shi)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)和原(yuan)支(zhi)(zhi)點(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)在同一(yi)(yi)直線(xian)(xian)上(shang)(shang)，因而形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，這(zhe)就是(shi)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)。正(zheng)是(shi)由于(yu)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)和發展，抵抗和制(zhi)止了(le)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)用(yong)。抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)方向和干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)方向正(zheng)好相反，同時(shi)(shi)(shi)隨著不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)角度不(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大，重心(xin)(xin)作(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)偏(pian)移(yi)量(liang)也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大，抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)量(liang)值(zhi)也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大，當抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)等于(yu)干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)時(shi)(shi)(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)就進入新的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)--傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)，此時(shi)(shi)(shi)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)用(yong)也(ye)就宣告停(ting)止。由此可知，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)受到(dao)(dao)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)干(gan)擾后，原(yuan)有的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)破(po)壞了(le)，但新的(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)隨之形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)可以接(jie)續地保(bao)持平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，雖(sui)然平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)方式不(bu)(bu)(bu)(bu)同，但平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)本(ben)質不(bu)(bu)(bu)(bu)變，這(zhe)種便是(shi)動(dong)(dong)態(tai)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)復原(yuan)的(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。從勢能角度考慮，勢能低的(de)(de)(de)物(wu)體(ti)比(bi)較穩(wen)定(ding)(ding)，物(wu)體(ti)一(yi)(yi)定(ding)(ding)會向著勢能低的(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)變化。當不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)候，由于(yu)集中了(le)大部分重心(xin)(xin)的(de)(de)(de)底座被抬高，造成(cheng)(cheng)勢能增(zeng)加(jia)，所(suo)以不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)要回復原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)。從杠桿原(yuan)理來(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)(shi)(shi)，重心(xin)(xin)的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)點(dian)一(yi)(yi)直處于(yu)端(duan)部，不(bu)(bu)(bu)(bu)管支(zhi)(zhi)點(dian)在哪里，雖(sui)然底座的(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂(bei)較短，但是(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂(bei)，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)還是(shi)會因為(wei)底座那頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)大而回復到(dao)(dao)原(yuan)來(lai)位(wei)置(zhi)。此外(wai)，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)底部為(wei)圓形(xing)(xing)，摩擦(ca)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)回到(dao)(dao)原(yuan)來(lai)位(wei)置(zhi)。

在以(yi)上的(de)整個過程中，建立新的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)是其中主要(yao)的(de)問題(ti)，因為只有如此才能抵制外力的(de)干(gan)擾，而(er)回復原有的(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)則是次(ci)要(yao)問題(ti)，因為此時外力的(de)干(gan)擾已經去(qu)除。在整個過程中不倒翁始終保持(chi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)屬(shu)性，這便是"平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)穩(wen)定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不倒(dao)原(yuan)理的要點在于：使重(zhong)(zhong)力(li)(li)的作(zuo)用線(xian)偏離支點，使重(zhong)(zhong)力(li)(li)對支點產生力(li)(li)矩，即(ji)抵抗力(li)(li)矩。由于不倒(dao)翁(weng)傾斜的角度不斷增(zeng)大(da)，重(zhong)(zhong)力(li)(li)作(zuo)用線(xian)的偏移(yi)量隨之增(zeng)大(da)，抵抗力(li)(li)矩也(ye)隨之增(zeng)大(da)，最(zui)終實現和外力(li)(li)力(li)(li)矩的平衡(heng)，不倒(dao)翁(weng)抵抗外力(li)(li)干擾、保持平衡(heng)的能力(li)(li)就是這樣形成的。