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(fang)面，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁的底(di)面積大(da)而圓滑(hua)，容易(yi)擺(bai)動(dong)(dong)。當不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁向(xiang)一邊(bian)傾斜時(shi)，由(you)于支(zhi)點(dian)（和(he)(he)桌面的接(jie)觸點(dian)）發(fa)生變動(dong)(dong)，重(zhong)心和(he)(he)支(zhi)點(dian)就不(bu)(bu)(bu)再在同一條重(zhong)垂(chui)線上了，這時(shi)重(zhong)力的作用(yong)會(hui)使它(ta)繞支(zhi)點(dian)擺(bai)動(dong)(dong)，使不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁恢(hui)復正常的位(wei)置。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁傾斜的程(cheng)度越大(da)，支(zhi)點(dian)離開重(zhong)心的水(shui)平(ping)距(ju)離就越大(da)，重(zhong)力產生的擺(bai)動(dong)(dong)效果將隨著(zhu)增加(jia)，使它(ta)恢(hui)復原位(wei)的趨(qu)勢也就越顯著(zhu)，所以不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁是(shi)永遠推不(bu)(bu)(bu)倒(dao)的。

用簡單點的(de)(de)白話(hua)來說(shuo)，就(jiu)是：上輕(qing)下(xia)重(zhong)的(de)(de)物(wu)體(ti)比(bi)較穩(wen)定，即(ji)重(zhong)心(xin)越(yue)低越(yue)穩(wen)定。所(suo)以不論不倒翁如(ru)何“跌倒”，它(ta)總會(hui)再次“爬起來”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不(bu)倒翁為空心殼(ke)體，重(zhong)量很輕；下半(ban)(ban)身是(shi)一(yi)個實心的半(ban)(ban)球體，重(zhong)量較大，不(bu)倒翁的重(zhong)心就在半(ban)(ban)球體之內(nei)。下面(mian)的半(ban)(ban)球體和支(zhi)承(cheng)面(mian)之間(jian)有一(yi)個接(jie)觸點，這個半(ban)(ban)球體在支(zhi)承(cheng)面(mian)上(shang)滾動時，接(jie)觸點的位置就要發生改變。不(bu)倒翁始終用一(yi)個接(jie)觸點站立在支(zhi)承(cheng)面(mian)上(shang)，它永遠是(shi)一(yi)個獨腳體。

2、穩定性

不(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)在受(shou)到(dao)外(wai)力(li)(li)的作用時，就(jiu)要失去平(ping)衡(heng)，而(er)在外(wai)力(li)(li)去除(chu)后(hou)，不(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)能自行回復到(dao)平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態，這(zhe)說明不(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)具有(you)一(yi)種(zhong)抵(di)抗外(wai)力(li)(li)干擾(rao)保持平(ping)衡(heng)的能力(li)(li)，這(zhe)就(jiu)是平(ping)衡(heng)的穩定性。這(zhe)種(zhong)抵(di)抗干擾(rao)保持平(ping)衡(heng)的能力(li)(li)的形成，應(ying)該從(cong)不(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)的受(shou)力(li)(li)情況(kuang)來看。

3、受力情況

第一，不倒(dao)翁平衡的(de)受力(li)(li)情況。不倒(dao)翁在(zai)桌(zhuo)面(mian)上，受到(dao)兩個外(wai)力(li)(li)的(de)作用(yong)：一個是重力(li)(li)G，地球(qiu)(qiu)對不倒(dao)翁的(de)吸引力(li)(li)；另一個是支持(chi)力(li)(li)，桌(zhuo)面(mian)對牛球(qiu)(qiu)體的(de)反作用(yong)力(li)(li)。根據(ju)物體的(de)平衡條(tiao)件(jian)，只要這兩個力(li)(li)大小相等、方向相反、作用(yong)在(zai)一條(tiao)直線上，不倒(dao)翁就能夠保持(chi)平衡的(de)狀態。

第二，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)時(shi)(shi)受到兩個力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，我們(men)稱(cheng)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用為(wei)(wei)(wei)干(gan)擾，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)；另一(yi)個叫抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)，由(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)。本來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)是(shi)(shi)(shi)直立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)于(yu)(yu)(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)與制成(cheng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)點(dian)(dian)產(chan)生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)，使不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)，打破(po)原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)外(wai)(wai)，本來(lai)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)產(chan)生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因(yin)為(wei)(wei)(wei)本來(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)是(shi)(shi)(shi)直立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用線和支(zhi)點(dian)(dian)位(wei)(wei)于(yu)(yu)(yu)同(tong)一(yi)直線上，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)為(wei)(wei)(wei)零。由(you)于(yu)(yu)(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)，半球體向一(yi)側滾(gun)動(dong)，接(jie)(jie)觸(chu)點(dian)(dian)隨(sui)(sui)之移動(dong)，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)點(dian)(dian)，即形(xing)(xing)(xing)成(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)點(dian)(dian)，此(ci)時(shi)(shi)重(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用線和原(yuan)支(zhi)點(dian)(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)在(zai)同(tong)一(yi)直線上，因(yin)而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)，這(zhe)就是(shi)(shi)(shi)抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)。正是(shi)(shi)(shi)由(you)于(yu)(yu)(yu)抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)和發展，抵(di)(di)(di)抗(kang)和制止了(le)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)用。抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向和干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向正好相(xiang)反，同(tong)時(shi)(shi)隨(sui)(sui)著不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，重(zhong)(zhong)心(xin)(xin)作(zuo)(zuo)用線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移量也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量值也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大(da)，當抵(di)(di)(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)等(deng)于(yu)(yu)(yu)干(gan)擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)時(shi)(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)就進入新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態--傾(qing)斜(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態，此(ci)時(shi)(shi)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾作(zuo)(zuo)用也(ye)就宣(xuan)告停(ting)止。由(you)此(ci)可(ke)知，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)受到外(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)干(gan)擾后，原(yuan)有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)破(po)壞了(le)，但(dan)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨(sui)(sui)之形(xing)(xing)(xing)成(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)可(ke)以(yi)接(jie)(jie)續地保(bao)持平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)，但(dan)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)本質不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)變，這(zhe)種(zhong)便是(shi)(shi)(shi)動(dong)態平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)復原(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況。從勢能角(jiao)度(du)考(kao)慮，勢能低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物體比較穩定，物體一(yi)定會向著勢能低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態變化。當不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)候，由(you)于(yu)(yu)(yu)集中了(le)大(da)部(bu)分(fen)重(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)座被抬高，造成(cheng)勢能增(zeng)加，所(suo)以(yi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)要回(hui)復原(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置。從杠(gang)桿(gan)原(yuan)理來(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下(xia)時(shi)(shi)，重(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用點(dian)(dian)一(yi)直處于(yu)(yu)(yu)端部(bu)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)管支(zhi)點(dian)(dian)在(zai)哪里，雖然底(di)座的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂較短，但(dan)是(shi)(shi)(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(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)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)還是(shi)(shi)(shi)會因(yin)為(wei)(wei)(wei)底(di)座那頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)大(da)而回(hui)復到原(yuan)來(lai)位(wei)(wei)置。此(ci)外(wai)(wai)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)底(di)部(bu)為(wei)(wei)(wei)圓形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于(yu)(yu)(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)回(hui)到原(yuan)來(lai)位(wei)(wei)置。

在(zai)以上的(de)整(zheng)個過(guo)程中(zhong)，建(jian)立新(xin)的(de)平衡(heng)(heng)(heng)是其中(zhong)主要(yao)的(de)問題，因為只有(you)如(ru)此(ci)才能抵制(zhi)外力的(de)干擾，而回復原有(you)的(de)平衡(heng)(heng)(heng)則(ze)是次要(yao)問題，因為此(ci)時外力的(de)干擾已經去(qu)除。在(zai)整(zheng)個過(guo)程中(zhong)不倒翁始終(zhong)保持平衡(heng)(heng)(heng)的(de)屬性，這便是"平衡(heng)(heng)(heng)的(de)穩定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不倒(dao)原(yuan)理的(de)(de)(de)要(yao)點(dian)在于(yu)：使重(zhong)(zhong)力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)線偏離(li)支(zhi)點(dian)，使重(zhong)(zhong)力對支(zhi)點(dian)產生力矩(ju)(ju)(ju)，即(ji)抵抗力矩(ju)(ju)(ju)。由于(yu)不倒(dao)翁(weng)傾斜(xie)的(de)(de)(de)角(jiao)度不斷增(zeng)大(da)(da)，重(zhong)(zhong)力作(zuo)用(yong)線的(de)(de)(de)偏移量隨(sui)之增(zeng)大(da)(da)，抵抗力矩(ju)(ju)(ju)也隨(sui)之增(zeng)大(da)(da)，最終實(shi)現和外力力矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)平(ping)衡，不倒(dao)翁(weng)抵抗外力干(gan)擾、保持平(ping)衡的(de)(de)(de)能力就(jiu)是這樣形(xing)成的(de)(de)(de)。