一、不倒翁的原理
上輕下重的物體比較穩定,也就是說重心越低越穩定。當不倒翁在(zai)(zai)豎立狀(zhuang)態處(chu)于(yu)平衡時,重(zhong)(zhong)心(xin)和接觸點的(de)(de)距離(li)最(zui)小,即(ji)重(zhong)(zhong)心(xin)最(zui)低。偏離(li)平衡位(wei)置后,重(zhong)(zhong)心(xin)總(zong)是(shi)(shi)升(sheng)高的(de)(de)。因此,這(zhe)種(zhong)狀(zhuang)態的(de)(de)平衡是(shi)(shi)穩(wen)定(ding)平衡。所(suo)以不倒(dao)翁無論如(ru)何搖擺,總(zong)是(shi)(shi)不倒(dao)的(de)(de)。再比如(ru)像我(wo)們在(zai)(zai)科(ke)技館(guan)看到的(de)(de)“錐(zhui)體(ti)上(shang)滾(gun)”實驗,也是(shi)(shi)這(zhe)個道理,由于(yu)錐(zhui)體(ti)的(de)(de)形(xing)狀(zhuang)和兩邊軌道的(de)(de)形(xing)狀(zhuang),使它的(de)(de)重(zhong)(zhong)心(xin)在(zai)(zai)下(xia)降,但看起(qi)來好像在(zai)(zai)上(shang)升(sheng),向(xiang)上(shang)滾(gun)與生活中的(de)(de)事實不符合(he)。但它只是(shi)(shi)一種(zhong)假像,看到它的(de)(de)本(ben)質,還是(shi)(shi)重(zhong)(zhong)心(xin)降低了,因此重(zhong)(zhong)心(xin)越低越穩(wen)定(ding)。
二、不倒翁原理在生活中的應用
不倒(dao)(dao)翁(weng)力學(xue)原(yuan)理(li)在人(ren)們(men)的生產生活(huo)中有著廣泛的應用。在建筑設計、玩(wan)具(ju)制造、生活(huo)用品、汽車結構設計以及(ji)體(ti)(ti)育健身等方面,不倒(dao)(dao)翁(weng)原(yuan)理(li)不僅帶給了人(ren)們(men)樂趣,人(ren)們(men)還對(dui)"上輕(qing)下重(zhong)的物體(ti)(ti)因重(zhong)心(xin)低而更(geng)加穩定"加以充分(fen)利用,常見的有不倒(dao)(dao)翁(weng)玩(wan)具(ju)、不倒(dao)(dao)翁(weng)式水杯(bei)、不倒(dao)(dao)翁(weng)式沙(sha)袋。
在玩具、生活用品、體育器材方面,不倒翁杯為涉及一種杯狀盛物的器皿,其特征是:上輕下重內空,加厚的圓弧形底部,重量集中于杯體底部中心,底部接觸面很小,移動時杯體可搖晃。不倒(dao)翁沙袋是(shi)一種常(chang)見的(de)(de)體育鍛煉器械,它依靠(kao)其鐵質材料的(de)(de)底(di)(di)盤來穩(wen)定重(zhong)心,使絕大(da)部分的(de)(de)重(zhong)量都集中(zhong)在很(hen)(hen)低的(de)(de)位(wei)置,上部僅為很(hen)(hen)輕的(de)(de)軟質泡沫或(huo)其他物質,即(ji)使受到較(jiao)強的(de)(de)外力作用,沙袋也不會傾倒(dao)。類似(si)的(de)(de)還有電扇底(di)(di)座(zuo)、話筒架、公共汽車站牌(pai)等。
在建筑設計、汽車結構方面,有1300年(nian)歷史的(de)西(xi)安小雁(yan)塔(ta),歷經(jing)幾十(shi)次地震(zhen)而(er)不倒,史載大(da)地震(zhen)曾使(shi)其(qi)3次開裂又(you)3次復合,尤其(qi)是(shi)1556年(nian)的(de)一次地震(zhen)將(jiang)其(qi)由(you)56米(mi)的(de)完整高(gao)度震(zhen)為(wei)43米(mi)的(de)現存(cun)高(gao)度,但(dan)是(shi)其(qi)塔(ta)身(shen)不傾斜,讓人驚奇。原(yuan)因何在?小雁(yan)塔(ta)塔(ta)基(ji)(ji)(ji)四周直徑60米(mi)左(zuo)右的(de)地下,由(you)外至塔(ta)基(ji)(ji)(ji)中(zhong)心處的(de)夯土層(ceng)逐漸加(jia)深,中(zhong)心部位是(shi)數(shu)層(ceng)青石,上面用磚砌出(chu)塔(ta)基(ji)(ji)(ji),同時(shi)地面壘了三米(mi)高(gao)的(de)臺基(ji)(ji)(ji),其(qi)正上方才是(shi)塔(ta)身(shen)。這使(shi)得此塔(ta)整體上好似不倒翁(weng)一般,故雖經(jing)千年(nian)而(er)無大(da)恙(yang)。
汽(qi)車(che)在(zai)設計制造時(shi)(shi),通過(guo)增加底盤占整個車(che)體重量的比例,降低汽(qi)車(che)的重心,可以使汽(qi)車(che)在(zai)緊急剎車(che)或(huo)者(zhe)轉彎時(shi)(shi),保持(chi)平衡(heng)狀態,避免撞(zhuang)車(che)、翻(fan)車(che)等危及生命安全的交(jiao)通事故的發生,用不倒翁原理(li)提高(gao)了汽(qi)車(che)的操控(kong)性能(neng)。
此外,在科技館看到的"錐體上滾"實驗,手持平衡棒的走鋼絲雜技演員,太極拳里面的身體半蹲姿勢等,都利用到了不倒翁原理。