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。另一(yi)(yi)方面(mian)，不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)的(de)底面(mian)積大而圓滑，容易擺動(dong)。當(dang)不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)向一(yi)(yi)邊傾斜(xie)時，由(you)于支點（和桌面(mian)的(de)接觸點）發生(sheng)變動(dong)，重心和支點就(jiu)不(bu)(bu)再在同一(yi)(yi)條重垂(chui)線上(shang)了，這時重力(li)的(de)作用會使(shi)它(ta)(ta)繞支點擺動(dong)，使(shi)不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)恢(hui)復正常的(de)位置。不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)傾斜(xie)的(de)程度(du)越(yue)大，支點離開重心的(de)水平距離就(jiu)越(yue)大，重力(li)產生(sheng)的(de)擺動(dong)效果將隨(sui)著增加，使(shi)它(ta)(ta)恢(hui)復原位的(de)趨勢也(ye)就(jiu)越(yue)顯著，所以(yi)不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)是(shi)永遠(yuan)推不(bu)(bu)倒(dao)的(de)。

用(yong)簡(jian)單點的白(bai)話來(lai)說，就是：上輕(qing)下重的物體(ti)比較穩定，即重心越低越穩定。所以不論不倒(dao)(dao)翁如何“跌倒(dao)(dao)”，它總會再次“爬(pa)起來(lai)”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不(bu)倒(dao)翁為(wei)空心殼體(ti)，重量很輕；下半身是(shi)一(yi)個(ge)(ge)實心的半球(qiu)體(ti)，重量較大，不(bu)倒(dao)翁的重心就在半球(qiu)體(ti)之(zhi)內(nei)。下面(mian)的半球(qiu)體(ti)和支承面(mian)之(zhi)間有一(yi)個(ge)(ge)接(jie)(jie)觸點(dian)，這(zhe)個(ge)(ge)半球(qiu)體(ti)在支承面(mian)上滾動時，接(jie)(jie)觸點(dian)的位置(zhi)就要發(fa)生(sheng)改變。不(bu)倒(dao)翁始終用(yong)一(yi)個(ge)(ge)接(jie)(jie)觸點(dian)站立在支承面(mian)上，它永遠是(shi)一(yi)個(ge)(ge)獨(du)腳體(ti)。

2、穩定性

不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)在受到外力(li)的(de)(de)作用(yong)時，就要失去(qu)平(ping)衡，而在外力(li)去(qu)除后，不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)能自(zi)行回復(fu)到平(ping)衡狀(zhuang)態(tai)，這(zhe)說明不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)具有一種抵(di)抗外力(li)干擾保(bao)持(chi)平(ping)衡的(de)(de)能力(li)，這(zhe)就是平(ping)衡的(de)(de)穩(wen)定性。這(zhe)種抵(di)抗干擾保(bao)持(chi)平(ping)衡的(de)(de)能力(li)的(de)(de)形成，應該從不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)的(de)(de)受力(li)情況來看。

3、受力情況

第一(yi)，不(bu)倒翁平衡的(de)(de)(de)受(shou)力(li)情況。不(bu)倒翁在(zai)(zai)桌(zhuo)面(mian)上，受(shou)到兩個外力(li)的(de)(de)(de)作用：一(yi)個是重力(li)G，地球(qiu)對(dui)不(bu)倒翁的(de)(de)(de)吸引力(li)；另一(yi)個是支持力(li)，桌(zhuo)面(mian)對(dui)牛球(qiu)體(ti)的(de)(de)(de)反(fan)作用力(li)。根據(ju)物(wu)體(ti)的(de)(de)(de)平衡條(tiao)件，只(zhi)要這兩個力(li)大小(xiao)相(xiang)等、方(fang)向相(xiang)反(fan)、作用在(zai)(zai)一(yi)條(tiao)直線上，不(bu)倒翁就能夠(gou)保持平衡的(de)(de)(de)狀(zhuang)態。

第(di)二，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)(qing)況。不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)時(shi)受(shou)到(dao)(dao)(dao)兩個力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，我們稱外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用為(wei)干擾，外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)；另一(yi)(yi)個叫抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，由(you)(you)(you)(you)(you)自身(shen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)。本來不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)是(shi)直(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)(you)(you)(you)(you)于外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)與制(zhi)成(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)點(dian)(dian)產(chan)生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，使不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)，打破(po)原(yuan)(yuan)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)(heng)。此外(wai)(wai)(wai)，本來重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)不(bu)產(chan)生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為(wei)本來不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)是(shi)直(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用線(xian)和支(zhi)(zhi)點(dian)(dian)位(wei)于同一(yi)(yi)直(zhi)線(xian)上，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)為(wei)零。由(you)(you)(you)(you)(you)于外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)，半球(qiu)體向一(yi)(yi)側(ce)滾動，接觸(chu)點(dian)(dian)隨(sui)之移動，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)點(dian)(dian)，即形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)(zhi)點(dian)(dian)，此時(shi)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用線(xian)和原(yuan)(yuan)支(zhi)(zhi)點(dian)(dian)不(bu)在同一(yi)(yi)直(zhi)線(xian)上，因(yin)而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，這(zhe)就是(shi)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)。正是(shi)由(you)(you)(you)(you)(you)于抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)和發展，抵抗和制(zhi)止了(le)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干擾作(zuo)(zuo)用。抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向和干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向正好(hao)相(xiang)反，同時(shi)隨(sui)著(zhu)不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度不(bu)斷增大(da)，重(zhong)心作(zuo)(zuo)用線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)移量(liang)也(ye)不(bu)斷增大(da)，抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)值(zhi)也(ye)不(bu)斷增大(da)，當(dang)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)等于干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)時(shi)，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)就進入新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)--傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)，此時(shi)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干擾作(zuo)(zuo)用也(ye)就宣告停止。由(you)(you)(you)(you)(you)此可(ke)知，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)受(shou)到(dao)(dao)(dao)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)干擾后，原(yuan)(yuan)有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)(heng)破(po)壞了(le)，但新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)(heng)隨(sui)之形(xing)(xing)(xing)成(cheng)，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)可(ke)以接續地保持平衡(heng)(heng)(heng)，雖(sui)然平衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)不(bu)同，但平衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)本質不(bu)變(bian)，這(zhe)種便是(shi)動態(tai)平衡(heng)(heng)(heng)。第(di)三，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)復(fu)原(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)(qing)況。從勢能(neng)角度考慮，勢能(neng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)體比較(jiao)穩(wen)定(ding)，物(wu)體一(yi)(yi)定(ding)會(hui)向著(zhu)勢能(neng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態(tai)變(bian)化。當(dang)不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)倒(dao)(dao)(dao)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)(you)(you)(you)(you)于集中了(le)大(da)部分(fen)重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)底座(zuo)被(bei)抬(tai)高，造成(cheng)勢能(neng)增加，所(suo)以不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)要回(hui)復(fu)原(yuan)(yuan)來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)。從杠桿原(yuan)(yuan)理來說(shuo)，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)倒(dao)(dao)(dao)下(xia)時(shi)，重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用點(dian)(dian)一(yi)(yi)直(zhi)處于端部，不(bu)管支(zhi)(zhi)點(dian)(dian)在哪里，雖(sui)然底座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂較(jiao)短，但是(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)還是(shi)會(hui)因(yin)為(wei)底座(zuo)那頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)大(da)而回(hui)復(fu)到(dao)(dao)(dao)原(yuan)(yuan)來位(wei)置(zhi)。此外(wai)(wai)(wai)，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)底部為(wei)圓(yuan)形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁(weng)回(hui)到(dao)(dao)(dao)原(yuan)(yuan)來位(wei)置(zhi)。

在以上(shang)的(de)(de)整(zheng)(zheng)個過(guo)程(cheng)中，建立新的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)是(shi)其中主要的(de)(de)問題，因為(wei)只有(you)如此才能(neng)抵制外力的(de)(de)干擾，而回復原有(you)的(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)則(ze)是(shi)次要問題，因為(wei)此時外力的(de)(de)干擾已經去除。在整(zheng)(zheng)個過(guo)程(cheng)中不倒翁始終保持平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)屬性，這便是(shi)"平(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)穩定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不倒(dao)(dao)原理的(de)(de)要點在于(yu)(yu)：使重(zhong)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)作(zuo)用線偏離支點，使重(zhong)力(li)(li)(li)(li)對支點產生(sheng)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)，即抵(di)(di)抗力(li)(li)(li)(li)矩(ju)。由于(yu)(yu)不倒(dao)(dao)翁傾斜的(de)(de)角度不斷增(zeng)(zeng)大，重(zhong)力(li)(li)(li)(li)作(zuo)用線的(de)(de)偏移量隨之(zhi)增(zeng)(zeng)大，抵(di)(di)抗力(li)(li)(li)(li)矩(ju)也隨之(zhi)增(zeng)(zeng)大，最終實現和外(wai)力(li)(li)(li)(li)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)平衡，不倒(dao)(dao)翁抵(di)(di)抗外(wai)力(li)(li)(li)(li)干擾、保持平衡的(de)(de)能(neng)力(li)(li)(li)(li)就是(shi)這樣形成的(de)(de)。