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(ling)一(yi)方面，不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁的底面積大而圓(yuan)滑，容(rong)易擺動。當不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁向一(yi)邊傾(qing)斜時，由于(yu)支(zhi)點(dian)（和桌面的接觸點(dian)）發生變動，重(zhong)心和支(zhi)點(dian)就(jiu)不(bu)(bu)(bu)(bu)再(zai)在同一(yi)條重(zhong)垂線上了，這時重(zhong)力的作(zuo)用(yong)會使(shi)它繞支(zhi)點(dian)擺動，使(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁恢(hui)復(fu)正常(chang)的位(wei)置。不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁傾(qing)斜的程度越(yue)大，支(zhi)點(dian)離開重(zhong)心的水平(ping)距離就(jiu)越(yue)大，重(zhong)力產生的擺動效果將隨著增加，使(shi)它恢(hui)復(fu)原(yuan)位(wei)的趨勢也就(jiu)越(yue)顯著，所以不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁是永遠推(tui)不(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)的。

用(yong)簡(jian)單點的(de)白話來說，就是(shi)：上輕下重的(de)物體比較(jiao)穩(wen)定，即重心越低越穩(wen)定。所以不論不倒翁如何(he)“跌(die)倒”，它(ta)總(zong)會(hui)再(zai)次“爬(pa)起(qi)來”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)為空心殼體，重(zhong)量很輕；下(xia)半(ban)身是(shi)一(yi)個實心的(de)半(ban)球(qiu)體，重(zhong)量較(jiao)大，不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)的(de)重(zhong)心就在半(ban)球(qiu)體之(zhi)內。下(xia)面(mian)(mian)的(de)半(ban)球(qiu)體和支(zhi)承(cheng)面(mian)(mian)之(zhi)間有一(yi)個接觸(chu)(chu)(chu)點，這個半(ban)球(qiu)體在支(zhi)承(cheng)面(mian)(mian)上滾動時，接觸(chu)(chu)(chu)點的(de)位置(zhi)就要發生改變(bian)。不(bu)倒(dao)翁(weng)(weng)始終用一(yi)個接觸(chu)(chu)(chu)點站立在支(zhi)承(cheng)面(mian)(mian)上，它永遠是(shi)一(yi)個獨腳體。

2、穩定性

不倒翁(weng)(weng)在(zai)受(shou)到外(wai)(wai)力(li)(li)的作用時，就要失去(qu)平(ping)衡，而在(zai)外(wai)(wai)力(li)(li)去(qu)除后，不倒翁(weng)(weng)能(neng)自行回復到平(ping)衡狀(zhuang)態，這說明不倒翁(weng)(weng)具有一(yi)種抵(di)抗外(wai)(wai)力(li)(li)干擾(rao)保持(chi)平(ping)衡的能(neng)力(li)(li)，這就是平(ping)衡的穩定性。這種抵(di)抗干擾(rao)保持(chi)平(ping)衡的能(neng)力(li)(li)的形成，應該從不倒翁(weng)(weng)的受(shou)力(li)(li)情(qing)況(kuang)來看。

3、受力情況

第一，不(bu)(bu)倒翁(weng)(weng)平(ping)衡(heng)的(de)受力(li)情(qing)況。不(bu)(bu)倒翁(weng)(weng)在桌面上，受到兩個(ge)(ge)外力(li)的(de)作(zuo)用：一個(ge)(ge)是重力(li)G，地(di)球對(dui)不(bu)(bu)倒翁(weng)(weng)的(de)吸(xi)引力(li)；另(ling)一個(ge)(ge)是支持(chi)力(li)，桌面對(dui)牛(niu)球體的(de)反作(zuo)用力(li)。根據(ju)物體的(de)平(ping)衡(heng)條件，只要(yao)這兩個(ge)(ge)力(li)大小(xiao)相等、方向(xiang)相反、作(zuo)用在一條直(zhi)線上，不(bu)(bu)倒翁(weng)(weng)就能夠(gou)保持(chi)平(ping)衡(heng)的(de)狀態。

第二，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)況。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)時(shi)(shi)受到(dao)兩個力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，我們稱外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)為(wei)(wei)(wei)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)，外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)；另(ling)一(yi)個叫抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，由自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。本(ben)(ben)來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)(shi)直(zhi)(zhi)立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由于(yu)外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)與(yu)制成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸點(dian)(dian)產(chan)生(sheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)，打(da)破原(yuan)(yuan)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)外，本(ben)(ben)來(lai)(lai)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)產(chan)生(sheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)(wei)(wei)本(ben)(ben)來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)(shi)直(zhi)(zhi)立的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)線(xian)和(he)(he)(he)支點(dian)(dian)位于(yu)同一(yi)直(zhi)(zhi)線(xian)上，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)為(wei)(wei)(wei)零。由于(yu)外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)，半(ban)球體(ti)向(xiang)一(yi)側滾(gun)動，接觸點(dian)(dian)隨之移動，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)了新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接觸點(dian)(dian)，即形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)了新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支點(dian)(dian)，此(ci)時(shi)(shi)重力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)線(xian)和(he)(he)(he)原(yuan)(yuan)支點(dian)(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)在(zai)同一(yi)直(zhi)(zhi)線(xian)上，因而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，這就(jiu)是(shi)(shi)(shi)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)。正是(shi)(shi)(shi)由于(yu)抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)和(he)(he)(he)發展，抵抗和(he)(he)(he)制止了外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong)。抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向(xiang)和(he)(he)(he)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向(xiang)正好相反(fan)，同時(shi)(shi)隨著(zhu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)大(da)，重心作(zuo)用(yong)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移量也不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)大(da)，抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量值也不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增(zeng)大(da)，當抵抗力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)等于(yu)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)時(shi)(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)就(jiu)進入新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)--傾(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)，此(ci)時(shi)(shi)外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong)也就(jiu)宣告停止。由此(ci)可(ke)知(zhi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)受到(dao)外力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)干(gan)(gan)(gan)擾(rao)后，原(yuan)(yuan)有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)破壞了，但新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨之形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)可(ke)以接續地保持(chi)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然(ran)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同，但平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)(ben)質不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)變(bian)，這種便是(shi)(shi)(shi)動態(tai)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)復(fu)原(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)況。從(cong)勢能(neng)角度(du)考(kao)慮，勢能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)體(ti)比較(jiao)穩定，物(wu)體(ti)一(yi)定會(hui)向(xiang)著(zhu)勢能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態(tai)變(bian)化。當不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)候，由于(yu)集中了大(da)部分重心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)(di)座被抬高，造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)勢能(neng)增(zeng)加，所以不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)要回復(fu)原(yuan)(yuan)來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位置。從(cong)杠桿原(yuan)(yuan)理(li)來(lai)(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)(shi)，重心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)點(dian)(dian)一(yi)直(zhi)(zhi)處于(yu)端(duan)部，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)管支點(dian)(dian)在(zai)哪里，雖然(ran)底(di)(di)座的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂較(jiao)短，但是(shi)(shi)(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)還是(shi)(shi)(shi)會(hui)因為(wei)(wei)(wei)底(di)(di)座那頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)大(da)而回復(fu)到(dao)原(yuan)(yuan)來(lai)(lai)位置。此(ci)外，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)底(di)(di)部為(wei)(wei)(wei)圓形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)回到(dao)原(yuan)(yuan)來(lai)(lai)位置。

在以上(shang)的(de)整個(ge)過程(cheng)中(zhong)，建立新的(de)平(ping)衡是其中(zhong)主要的(de)問(wen)題(ti)，因為只(zhi)有如此(ci)才能抵制外力的(de)干擾，而回復原有的(de)平(ping)衡則(ze)是次要問(wen)題(ti)，因為此(ci)時外力的(de)干擾已(yi)經去除。在整個(ge)過程(cheng)中(zhong)不(bu)倒翁(weng)始(shi)終(zhong)保持平(ping)衡的(de)屬性，這便(bian)是"平(ping)衡的(de)穩(wen)定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不(bu)(bu)倒(dao)原(yuan)理(li)的(de)要點(dian)(dian)在于(yu)：使重(zhong)力(li)(li)(li)的(de)作(zuo)用(yong)線(xian)偏離(li)支(zhi)點(dian)(dian)，使重(zhong)力(li)(li)(li)對支(zhi)點(dian)(dian)產(chan)生力(li)(li)(li)矩(ju)，即抵抗力(li)(li)(li)矩(ju)。由于(yu)不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)傾(qing)斜(xie)的(de)角(jiao)度不(bu)(bu)斷(duan)增(zeng)大，重(zhong)力(li)(li)(li)作(zuo)用(yong)線(xian)的(de)偏移(yi)量(liang)隨(sui)之增(zeng)大，抵抗力(li)(li)(li)矩(ju)也(ye)隨(sui)之增(zeng)大，最(zui)終實現和外(wai)力(li)(li)(li)力(li)(li)(li)矩(ju)的(de)平(ping)衡，不(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)抵抗外(wai)力(li)(li)(li)干擾、保(bao)持平(ping)衡的(de)能力(li)(li)(li)就是(shi)這(zhe)樣形成的(de)。