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。另一方面(mian)(mian)，不(bu)(bu)倒(dao)翁的底(di)面(mian)(mian)積大而圓滑，容易擺(bai)(bai)動(dong)。當不(bu)(bu)倒(dao)翁向一邊(bian)傾斜時，由于支(zhi)(zhi)點（和桌面(mian)(mian)的接觸點）發生(sheng)變動(dong)，重(zhong)心(xin)和支(zhi)(zhi)點就不(bu)(bu)再在(zai)同一條(tiao)重(zhong)垂(chui)線(xian)上(shang)了，這時重(zhong)力的作(zuo)用會使(shi)它(ta)(ta)繞支(zhi)(zhi)點擺(bai)(bai)動(dong)，使(shi)不(bu)(bu)倒(dao)翁恢復正常的位置。不(bu)(bu)倒(dao)翁傾斜的程度越大，支(zhi)(zhi)點離開重(zhong)心(xin)的水平(ping)距離就越大，重(zhong)力產生(sheng)的擺(bai)(bai)動(dong)效果將(jiang)隨著(zhu)(zhu)增(zeng)加，使(shi)它(ta)(ta)恢復原位的趨勢(shi)也(ye)就越顯(xian)著(zhu)(zhu)，所(suo)以不(bu)(bu)倒(dao)翁是永遠推不(bu)(bu)倒(dao)的。

用簡單點的白(bai)話來(lai)說，就(jiu)是：上輕下重的物體比(bi)較穩定(ding)，即重心越低越穩定(ding)。所以不論(lun)不倒翁如何“跌倒”，它總會再次“爬(pa)起(qi)來(lai)”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不倒翁為空心(xin)(xin)殼體，重(zhong)(zhong)量(liang)很輕；下(xia)半身(shen)是(shi)一(yi)個(ge)實心(xin)(xin)的半球(qiu)體，重(zhong)(zhong)量(liang)較大，不倒翁的重(zhong)(zhong)心(xin)(xin)就在(zai)半球(qiu)體之(zhi)內(nei)。下(xia)面(mian)的半球(qiu)體和支承面(mian)之(zhi)間有一(yi)個(ge)接觸(chu)(chu)點，這個(ge)半球(qiu)體在(zai)支承面(mian)上滾動(dong)時，接觸(chu)(chu)點的位(wei)置就要發生改變。不倒翁始終用一(yi)個(ge)接觸(chu)(chu)點站立在(zai)支承面(mian)上，它永遠是(shi)一(yi)個(ge)獨(du)腳體。

2、穩定性

不倒翁(weng)在受(shou)到外(wai)力(li)的作用時，就要失去(qu)平衡(heng)，而(er)在外(wai)力(li)去(qu)除后，不倒翁(weng)能自行回復到平衡(heng)狀態，這說(shuo)明不倒翁(weng)具(ju)有一種抵(di)抗外(wai)力(li)干擾(rao)保持(chi)平衡(heng)的能力(li)，這就是平衡(heng)的穩定性。這種抵(di)抗干擾(rao)保持(chi)平衡(heng)的能力(li)的形成，應該(gai)從不倒翁(weng)的受(shou)力(li)情況來看(kan)。

3、受力情況

第一(yi)，不(bu)倒翁平衡的(de)(de)受力(li)(li)情況。不(bu)倒翁在桌面上，受到兩個(ge)外力(li)(li)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)：一(yi)個(ge)是重力(li)(li)G，地球對不(bu)倒翁的(de)(de)吸引力(li)(li)；另一(yi)個(ge)是支持力(li)(li)，桌面對牛(niu)球體的(de)(de)反(fan)作(zuo)(zuo)用(yong)力(li)(li)。根據物體的(de)(de)平衡條(tiao)件，只(zhi)要(yao)這兩個(ge)力(li)(li)大小相(xiang)等、方向相(xiang)反(fan)、作(zuo)(zuo)用(yong)在一(yi)條(tiao)直線(xian)上，不(bu)倒翁就能(neng)夠保持平衡的(de)(de)狀態。

第二，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)力(li)(li)(li)情況。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)斜時(shi)受(shou)到(dao)(dao)兩個力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，我(wo)們(men)稱(cheng)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)為(wei)(wei)干(gan)擾，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)干(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)；另一個叫(jiao)抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，由(you)(you)自(zi)身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)。本(ben)來(lai)(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)立(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)與(yu)制(zhi)成(cheng)(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)點(dian)(dian)產生(sheng)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)斜，打破原來(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。此(ci)外(wai)(wai)，本(ben)來(lai)(lai)(lai)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)是(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)產生(sheng)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)(wei)本(ben)來(lai)(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)立(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)和(he)(he)(he)支點(dian)(dian)位(wei)(wei)于(yu)同一直(zhi)線(xian)(xian)上，力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)為(wei)(wei)零。由(you)(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)斜，半球體向一側(ce)滾動，接(jie)觸(chu)點(dian)(dian)隨之(zhi)移動，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)點(dian)(dian)，即形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支點(dian)(dian)，此(ci)時(shi)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)和(he)(he)(he)原支點(dian)(dian)不(bu)(bu)(bu)在同一直(zhi)線(xian)(xian)上，因而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，這就(jiu)是(shi)(shi)抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)。正是(shi)(shi)由(you)(you)于(yu)抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)和(he)(he)(he)發展，抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)和(he)(he)(he)制(zhi)止了(le)(le)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向和(he)(he)(he)干(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向正好相(xiang)反，同時(shi)隨著(zhu)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度不(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)(zeng)大(da)(da)，重(zhong)(zhong)心作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移量也不(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)(zeng)大(da)(da)，抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量值也不(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)(zeng)大(da)(da)，當(dang)抵(di)(di)(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)等于(yu)干(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)時(shi)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)就(jiu)進(jin)入新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)--傾(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)，此(ci)時(shi)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)也就(jiu)宣告停止。由(you)(you)此(ci)可知，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)受(shou)到(dao)(dao)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)干(gan)擾后，原有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)破壞(huai)了(le)(le)，但新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)隨之(zhi)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)可以(yi)接(jie)續地保持(chi)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)，雖(sui)然(ran)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式不(bu)(bu)(bu)同，但平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)質(zhi)不(bu)(bu)(bu)變，這種便是(shi)(shi)動態(tai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)復原的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)力(li)(li)(li)情況。從勢能角度考(kao)慮，勢能低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物體比較穩定，物體一定會(hui)向著(zhu)勢能低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)變化。當(dang)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)(you)于(yu)集中了(le)(le)大(da)(da)部分重(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)座被(bei)抬高，造成(cheng)(cheng)勢能增(zeng)(zeng)加，所以(yi)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)要回復原來(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。從杠桿原理來(lai)(lai)(lai)說，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)下時(shi)，重(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)點(dian)(dian)一直(zhi)處(chu)于(yu)端部，不(bu)(bu)(bu)管支點(dian)(dian)在哪里，雖(sui)然(ran)底(di)座的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)臂較短，但是(shi)(shi)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)還(huan)是(shi)(shi)會(hui)因為(wei)(wei)底(di)座那(nei)頭(tou)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)大(da)(da)而回復到(dao)(dao)原來(lai)(lai)(lai)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。此(ci)外(wai)(wai)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)底(di)部為(wei)(wei)圓形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)小(xiao)，便于(yu)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)(weng)回到(dao)(dao)原來(lai)(lai)(lai)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)。

在以上(shang)的(de)整(zheng)個過程(cheng)中(zhong)，建立新的(de)平衡是其中(zhong)主(zhu)要(yao)的(de)問題，因為只有如此才能抵(di)制外力的(de)干擾，而(er)回復原(yuan)有的(de)平衡則是次要(yao)問題，因為此時(shi)外力的(de)干擾已經去除(chu)。在整(zheng)個過程(cheng)中(zhong)不(bu)倒翁始終保持平衡的(de)屬性，這便是"平衡的(de)穩定(ding)性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不(bu)倒原(yuan)理的(de)(de)(de)要點(dian)在于(yu)：使重力(li)(li)的(de)(de)(de)作用線(xian)偏(pian)離(li)支點(dian)，使重力(li)(li)對支點(dian)產生力(li)(li)矩(ju)，即抵(di)抗力(li)(li)矩(ju)。由于(yu)不(bu)倒翁傾斜的(de)(de)(de)角度不(bu)斷增(zeng)大(da)，重力(li)(li)作用線(xian)的(de)(de)(de)偏(pian)移量隨之增(zeng)大(da)，抵(di)抗力(li)(li)矩(ju)也隨之增(zeng)大(da)，最終實現(xian)和外(wai)力(li)(li)力(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)平衡，不(bu)倒翁抵(di)抗外(wai)力(li)(li)干(gan)擾、保持(chi)平衡的(de)(de)(de)能力(li)(li)就(jiu)是這(zhe)樣(yang)形成的(de)(de)(de)。