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)方面，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁的(de)底面積大(da)而圓(yuan)滑，容易擺(bai)動。當不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁向一(yi)邊傾斜時，由于支點(dian)（和(he)桌面的(de)接觸點(dian)）發生(sheng)變(bian)動，重(zhong)心和(he)支點(dian)就(jiu)(jiu)不(bu)(bu)(bu)再在同(tong)一(yi)條重(zhong)垂線(xian)上了，這時重(zhong)力的(de)作用會使它(ta)(ta)繞支點(dian)擺(bai)動，使不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁恢復正常的(de)位(wei)置。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁傾斜的(de)程度越(yue)大(da)，支點(dian)離開重(zhong)心的(de)水平距離就(jiu)(jiu)越(yue)大(da)，重(zhong)力產生(sheng)的(de)擺(bai)動效果將隨著(zhu)增加(jia)，使它(ta)(ta)恢復原位(wei)的(de)趨勢也就(jiu)(jiu)越(yue)顯著(zhu)，所(suo)以不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁是永遠(yuan)推不(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)的(de)。

用簡單點的(de)白話(hua)來(lai)說(shuo)，就是：上輕下重(zhong)的(de)物(wu)體比較(jiao)穩定，即重(zhong)心越低越穩定。所(suo)以不(bu)論不(bu)倒(dao)翁如何“跌(die)倒(dao)”，它總會再次“爬起來(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(ti)(ti)，重量很輕；下半(ban)身(shen)是一個實心(xin)(xin)的(de)半(ban)球體(ti)(ti)，重量較大，不倒翁的(de)重心(xin)(xin)就(jiu)在(zai)半(ban)球體(ti)(ti)之(zhi)內。下面(mian)的(de)半(ban)球體(ti)(ti)和支承面(mian)之(zhi)間有一個接觸(chu)點(dian)，這個半(ban)球體(ti)(ti)在(zai)支承面(mian)上滾動(dong)時，接觸(chu)點(dian)的(de)位置(zhi)就(jiu)要發生(sheng)改(gai)變。不倒翁始終(zhong)用一個接觸(chu)點(dian)站立在(zai)支承面(mian)上，它(ta)永遠是一個獨腳體(ti)(ti)。

2、穩定性

不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁在(zai)(zai)受(shou)(shou)到外(wai)力的作用時(shi)，就要失去平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，而在(zai)(zai)外(wai)力去除后，不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁能(neng)(neng)自(zi)行回復到平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態，這(zhe)說明(ming)不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁具有一種抵(di)抗外(wai)力干(gan)擾(rao)保持平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的能(neng)(neng)力，這(zhe)就是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的穩定性。這(zhe)種抵(di)抗干(gan)擾(rao)保持平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的能(neng)(neng)力的形成，應該從不(bu)倒(dao)(dao)(dao)翁的受(shou)(shou)力情(qing)況來(lai)看。

3、受力情況

第一，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)平(ping)衡的(de)受(shou)力(li)情況(kuang)。不(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)在桌(zhuo)面(mian)(mian)上，受(shou)到兩(liang)個(ge)(ge)外力(li)的(de)作用：一個(ge)(ge)是(shi)重(zhong)力(li)G，地球(qiu)對(dui)不(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)的(de)吸(xi)引(yin)力(li)；另一個(ge)(ge)是(shi)支持力(li)，桌(zhuo)面(mian)(mian)對(dui)牛球(qiu)體的(de)反作用力(li)。根據(ju)物體的(de)平(ping)衡條件，只要這兩(liang)個(ge)(ge)力(li)大小相等、方向相反、作用在一條直線上，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)就能(neng)夠保持平(ping)衡的(de)狀(zhuang)態。

第二，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)情(qing)況。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾(qing)斜(xie)時(shi)受到兩個力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)，我們稱外(wai)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)為干(gan)擾(rao)(rao)，外(wai)力(li)(li)(li)(li)形(xing)成(cheng)(cheng)干(gan)擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)；另一個叫(jiao)抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，由(you)(you)(you)(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)形(xing)成(cheng)(cheng)。本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)是(shi)(shi)直立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)(you)(you)(you)于(yu)(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)，外(wai)力(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)與制成(cheng)(cheng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸點產生力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾(qing)斜(xie)，打(da)破原(yuan)(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)外(wai)，本(ben)來(lai)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)產生力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)(yin)為本(ben)來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)是(shi)(shi)直立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)(xian)和支點位于(yu)(yu)同一直線(xian)(xian)上(shang)，力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)為零。由(you)(you)(you)(you)于(yu)(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾(qing)斜(xie)，半(ban)球(qiu)體向一側滾動，接(jie)觸點隨(sui)之移(yi)動，形(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸點，即形(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支點，此(ci)時(shi)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)(xian)和原(yuan)(yuan)支點不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)在同一直線(xian)(xian)上(shang)，因(yin)(yin)而形(xing)成(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，這就(jiu)是(shi)(shi)抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)。正(zheng)是(shi)(shi)由(you)(you)(you)(you)于(yu)(yu)抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)和發展(zhan)，抵(di)抗(kang)(kang)和制止了(le)外(wai)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾(rao)(rao)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)。抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向和干(gan)擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向正(zheng)好相反(fan)，同時(shi)隨(sui)著不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，重(zhong)(zhong)心(xin)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移(yi)量(liang)也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)值也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，當(dang)抵(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)等于(yu)(yu)干(gan)擾(rao)(rao)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)時(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)就(jiu)進(jin)入新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)(tai)--傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)(tai)，此(ci)時(shi)外(wai)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾(rao)(rao)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)也(ye)就(jiu)宣告停止。由(you)(you)(you)(you)此(ci)可知，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)受到外(wai)力(li)(li)(li)(li)干(gan)擾(rao)(rao)后，原(yuan)(yuan)有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)破壞(huai)了(le)，但(dan)新(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨(sui)之形(xing)成(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)可以接(jie)續地保持平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同，但(dan)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)質不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)變，這種(zhong)便(bian)是(shi)(shi)動態(tai)(tai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)復(fu)原(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)情(qing)況。從勢能(neng)(neng)角度考慮，勢能(neng)(neng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)(wu)體比較穩定，物(wu)(wu)體一定會向著勢能(neng)(neng)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態(tai)(tai)變化。當(dang)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)(you)(you)(you)于(yu)(yu)集中了(le)大(da)部分重(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)座被(bei)抬高，造成(cheng)(cheng)勢能(neng)(neng)增(zeng)加(jia)，所以不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)要回復(fu)原(yuan)(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置。從杠桿原(yuan)(yuan)理來(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)，重(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)點一直處(chu)于(yu)(yu)端部，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)管支點在哪(na)里，雖然底(di)座的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)臂較短，但(dan)是(shi)(shi)力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)還(huan)是(shi)(shi)會因(yin)(yin)為底(di)座那(nei)頭力(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)大(da)而回復(fu)到原(yuan)(yuan)來(lai)位置。此(ci)外(wai)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)底(di)部為圓(yuan)形(xing)，摩擦(ca)力(li)(li)(li)(li)小，便(bian)于(yu)(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)回到原(yuan)(yuan)來(lai)位置。

在以上的(de)整(zheng)個過程(cheng)(cheng)中(zhong)，建立新的(de)平(ping)衡是其中(zhong)主要(yao)的(de)問題，因(yin)為只有如此(ci)才能抵制外力(li)(li)的(de)干擾，而(er)回復(fu)原有的(de)平(ping)衡則是次要(yao)問題，因(yin)為此(ci)時外力(li)(li)的(de)干擾已經去(qu)除。在整(zheng)個過程(cheng)(cheng)中(zhong)不倒翁始(shi)終保持(chi)平(ping)衡的(de)屬性，這便是"平(ping)衡的(de)穩(wen)定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不(bu)倒(dao)原理(li)的要(yao)點在(zai)于：使重力的作(zuo)用線偏離支點，使重力對(dui)支點產(chan)生力矩(ju)，即抵(di)抗力矩(ju)。由于不(bu)倒(dao)翁(weng)傾斜的角(jiao)度不(bu)斷增(zeng)大(da)，重力作(zuo)用線的偏移量隨(sui)之增(zeng)大(da)，抵(di)抗力矩(ju)也(ye)隨(sui)之增(zeng)大(da)，最終實現和外(wai)力力矩(ju)的平(ping)衡，不(bu)倒(dao)翁(weng)抵(di)抗外(wai)力干擾、保持平(ping)衡的能力就是這樣形成(cheng)的。