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，不(bu)(bu)(bu)倒翁(weng)的(de)底面積(ji)大(da)而圓滑(hua)，容易擺動(dong)。當不(bu)(bu)(bu)倒翁(weng)向一邊傾斜時，由于支點(dian)(dian)（和桌面的(de)接觸點(dian)(dian)）發生(sheng)變動(dong)，重(zhong)心和支點(dian)(dian)就(jiu)不(bu)(bu)(bu)再(zai)在同(tong)一條重(zhong)垂線上了，這(zhe)時重(zhong)力(li)的(de)作(zuo)用會使它(ta)繞(rao)支點(dian)(dian)擺動(dong)，使不(bu)(bu)(bu)倒翁(weng)恢復正常的(de)位(wei)置。不(bu)(bu)(bu)倒翁(weng)傾斜的(de)程度越大(da)，支點(dian)(dian)離開重(zhong)心的(de)水平距離就(jiu)越大(da)，重(zhong)力(li)產生(sheng)的(de)擺動(dong)效(xiao)果將隨(sui)著(zhu)增加，使它(ta)恢復原位(wei)的(de)趨勢也就(jiu)越顯著(zhu)，所(suo)以不(bu)(bu)(bu)倒翁(weng)是(shi)永遠(yuan)推不(bu)(bu)(bu)倒的(de)。

用簡單點(dian)的白話來說，就是：上輕下(xia)重的物體比(bi)較穩定，即重心越低(di)越穩定。所(suo)以不論不倒翁如何(he)“跌倒”，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

不倒(dao)翁為(wei)空心殼體，重量很輕；下半(ban)身(shen)是一個(ge)(ge)實心的半(ban)球(qiu)體，重量較大，不倒(dao)翁的重心就在(zai)半(ban)球(qiu)體之(zhi)內。下面的半(ban)球(qiu)體和支承(cheng)面之(zhi)間(jian)有一個(ge)(ge)接觸點(dian)，這個(ge)(ge)半(ban)球(qiu)體在(zai)支承(cheng)面上滾動時(shi)，接觸點(dian)的位置就要(yao)發(fa)生改變。不倒(dao)翁始(shi)終用一個(ge)(ge)接觸點(dian)站立在(zai)支承(cheng)面上，它永遠是一個(ge)(ge)獨腳體。

2、穩定性

不倒(dao)翁(weng)在受(shou)到(dao)(dao)外(wai)力(li)的(de)(de)作用時，就要失去平(ping)(ping)衡，而在外(wai)力(li)去除后(hou)，不倒(dao)翁(weng)能(neng)自行(xing)回復(fu)到(dao)(dao)平(ping)(ping)衡狀態(tai)，這說明不倒(dao)翁(weng)具有一(yi)種(zhong)抵(di)抗(kang)外(wai)力(li)干擾保(bao)持(chi)平(ping)(ping)衡的(de)(de)能(neng)力(li)，這就是(shi)平(ping)(ping)衡的(de)(de)穩定性。這種(zhong)抵(di)抗(kang)干擾保(bao)持(chi)平(ping)(ping)衡的(de)(de)能(neng)力(li)的(de)(de)形成，應該從不倒(dao)翁(weng)的(de)(de)受(shou)力(li)情況來(lai)看。

3、受力情況

第一(yi)，不倒(dao)翁平(ping)(ping)衡的(de)受力(li)情況(kuang)。不倒(dao)翁在桌面上(shang)(shang)，受到兩(liang)個外(wai)力(li)的(de)作用：一(yi)個是(shi)重力(li)G，地球對(dui)不倒(dao)翁的(de)吸引力(li)；另一(yi)個是(shi)支持(chi)力(li)，桌面對(dui)牛球體的(de)反作用力(li)。根據物(wu)體的(de)平(ping)(ping)衡條(tiao)件，只要這兩(liang)個力(li)大小相(xiang)等、方向相(xiang)反、作用在一(yi)條(tiao)直線上(shang)(shang)，不倒(dao)翁就能夠保(bao)持(chi)平(ping)(ping)衡的(de)狀態。

第二，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾斜的(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾斜時(shi)受到(dao)兩(liang)個力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，我們稱外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)為干擾(rao)(rao)，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形成(cheng)干擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)；另一(yi)(yi)個叫抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，由(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形成(cheng)。本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)與制成(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)點(dian)產生(sheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾斜，打破原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。此(ci)(ci)外(wai)(wai)，本(ben)來(lai)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)產生(sheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)，因為本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)線(xian)(xian)和(he)支點(dian)位于(yu)同一(yi)(yi)直線(xian)(xian)上，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)為零(ling)。由(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾斜，半球體向一(yi)(yi)側(ce)滾動，接觸(chu)點(dian)隨(sui)之移(yi)動，形成(cheng)了新的(de)(de)(de)(de)(de)接觸(chu)點(dian)，即(ji)形成(cheng)了新的(de)(de)(de)(de)(de)支點(dian)，此(ci)(ci)時(shi)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)線(xian)(xian)和(he)原(yuan)支點(dian)不(bu)(bu)(bu)在同一(yi)(yi)直線(xian)(xian)上，因而(er)形成(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，這就(jiu)(jiu)是(shi)(shi)抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)。正是(shi)(shi)由(you)于(yu)抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)和(he)發(fa)展，抵(di)抗(kang)和(he)制止(zhi)(zhi)了外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)干擾(rao)(rao)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)方向和(he)干擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)方向正好相反，同時(shi)隨(sui)著不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾斜的(de)(de)(de)(de)(de)角度不(bu)(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大(da)，重(zhong)心作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)偏移(yi)量也(ye)不(bu)(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大(da)，抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)量值(zhi)也(ye)不(bu)(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大(da)，當(dang)抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)等于(yu)干擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)時(shi)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)就(jiu)(jiu)進入(ru)新的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)狀態(tai)--傾斜的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)狀態(tai)，此(ci)(ci)時(shi)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)干擾(rao)(rao)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)也(ye)就(jiu)(jiu)宣告停止(zhi)(zhi)。由(you)此(ci)(ci)可知，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)受到(dao)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)干擾(rao)(rao)后(hou)，原(yuan)有的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)破壞了，但(dan)新的(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)隨(sui)之形成(cheng)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)可以接續(xu)地保持(chi)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)，雖(sui)然平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)方式不(bu)(bu)(bu)同，但(dan)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)質(zhi)不(bu)(bu)(bu)變(bian)，這種便是(shi)(shi)動態(tai)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(heng)。第三(san)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)復原(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。從勢(shi)能角度考慮，勢(shi)能低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)物體比較(jiao)穩定，物體一(yi)(yi)定會向著勢(shi)能低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)狀態(tai)變(bian)化。當(dang)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)于(yu)集中了大(da)部(bu)分重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)底座被抬(tai)高，造(zao)成(cheng)勢(shi)能增(zeng)加(jia)，所以不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)要回(hui)復原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)位置。從杠桿原(yuan)理來(lai)說，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)，重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)(yong)點(dian)一(yi)(yi)直處于(yu)端部(bu)，不(bu)(bu)(bu)管支點(dian)在哪里，雖(sui)然底座的(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂較(jiao)短，但(dan)是(shi)(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)還(huan)是(shi)(shi)會因為底座那頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)大(da)而(er)回(hui)復到(dao)原(yuan)來(lai)位置。此(ci)(ci)外(wai)(wai)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)底部(bu)為圓形，摩(mo)擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于(yu)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)回(hui)到(dao)原(yuan)來(lai)位置。

在(zai)(zai)以上的整(zheng)個過程中，建立新的平衡是(shi)其中主(zhu)要的問題，因為(wei)只有如此(ci)才能抵制外力的干擾，而回復原(yuan)有的平衡則是(shi)次要問題，因為(wei)此(ci)時外力的干擾已經去除。在(zai)(zai)整(zheng)個過程中不倒翁始終保持(chi)平衡的屬性，這便(bian)是(shi)"平衡的穩(wen)定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不(bu)倒(dao)原(yuan)理(li)的(de)(de)要(yao)點在于：使重力的(de)(de)作用線(xian)偏(pian)離支(zhi)點，使重力對支(zhi)點產生(sheng)力矩，即抵(di)抗(kang)力矩。由于不(bu)倒(dao)翁傾斜的(de)(de)角度不(bu)斷增大，重力作用線(xian)的(de)(de)偏(pian)移量隨之增大，抵(di)抗(kang)力矩也隨之增大，最終(zhong)實現(xian)和外(wai)力力矩的(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，不(bu)倒(dao)翁抵(di)抗(kang)外(wai)力干擾(rao)、保(bao)持平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)能(neng)力就是(shi)這(zhe)樣形(xing)成的(de)(de)。