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(mian)，不(bu)倒(dao)翁(weng)的底面(mian)積大而(er)圓滑，容易擺動。當不(bu)倒(dao)翁(weng)向一邊傾斜時(shi)，由(you)于(yu)支(zhi)點(dian)（和桌面(mian)的接觸點(dian)）發生變動，重(zhong)心(xin)(xin)和支(zhi)點(dian)就不(bu)再在同一條重(zhong)垂(chui)線上了，這(zhe)時(shi)重(zhong)力的作用會使它繞(rao)支(zhi)點(dian)擺動，使不(bu)倒(dao)翁(weng)恢復正常的位置。不(bu)倒(dao)翁(weng)傾斜的程(cheng)度越大，支(zhi)點(dian)離開(kai)重(zhong)心(xin)(xin)的水平距(ju)離就越大，重(zhong)力產生的擺動效果(guo)將隨著(zhu)增加，使它恢復原位的趨勢也就越顯著(zhu)，所以不(bu)倒(dao)翁(weng)是永遠(yuan)推不(bu)倒(dao)的。

用簡單點(dian)的白話來說，就是：上輕(qing)下重的物(wu)體比較穩(wen)定，即(ji)重心越低越穩(wen)定。所(suo)以不論不倒翁(weng)如何“跌倒”，它總會再次(ci)“爬起來”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不倒翁為(wei)空心(xin)(xin)(xin)殼體(ti)(ti)，重(zhong)量很輕；下半身是一(yi)(yi)個(ge)(ge)實心(xin)(xin)(xin)的半球(qiu)體(ti)(ti)，重(zhong)量較大，不倒翁的重(zhong)心(xin)(xin)(xin)就(jiu)在半球(qiu)體(ti)(ti)之內。下面(mian)的半球(qiu)體(ti)(ti)和(he)支承(cheng)面(mian)之間(jian)有一(yi)(yi)個(ge)(ge)接觸(chu)點(dian)，這個(ge)(ge)半球(qiu)體(ti)(ti)在支承(cheng)面(mian)上(shang)滾(gun)動(dong)時(shi)，接觸(chu)點(dian)的位置就(jiu)要發生改變。不倒翁始終用一(yi)(yi)個(ge)(ge)接觸(chu)點(dian)站立在支承(cheng)面(mian)上(shang)，它永遠是一(yi)(yi)個(ge)(ge)獨腳體(ti)(ti)。

2、穩定性

不倒(dao)翁在受到外力(li)(li)(li)的(de)作用(yong)時，就(jiu)要失(shi)去平(ping)衡(heng)(heng)，而在外力(li)(li)(li)去除(chu)后，不倒(dao)翁能自行回復到平(ping)衡(heng)(heng)狀態，這(zhe)說明不倒(dao)翁具有一種抵抗(kang)外力(li)(li)(li)干(gan)(gan)擾保持平(ping)衡(heng)(heng)的(de)能力(li)(li)(li)，這(zhe)就(jiu)是平(ping)衡(heng)(heng)的(de)穩(wen)定性。這(zhe)種抵抗(kang)干(gan)(gan)擾保持平(ping)衡(heng)(heng)的(de)能力(li)(li)(li)的(de)形(xing)成，應該從不倒(dao)翁的(de)受力(li)(li)(li)情況來(lai)看。

3、受力情況

第一，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)平(ping)(ping)衡的(de)受力(li)情況。不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)在(zai)桌面上(shang)，受到(dao)兩(liang)個(ge)(ge)外力(li)的(de)作(zuo)(zuo)用(yong)：一個(ge)(ge)是(shi)重力(li)G，地球對(dui)不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)的(de)吸引力(li)；另一個(ge)(ge)是(shi)支持力(li)，桌面對(dui)牛球體的(de)反(fan)作(zuo)(zuo)用(yong)力(li)。根據物體的(de)平(ping)(ping)衡條件，只要這兩(liang)個(ge)(ge)力(li)大小相等、方向相反(fan)、作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)一條直線上(shang)，不(bu)(bu)(bu)倒(dao)翁(weng)就能夠保持平(ping)(ping)衡的(de)狀(zhuang)態。

第(di)二，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況(kuang)(kuang)。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜時(shi)受到兩個(ge)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，我們(men)稱外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)為(wei)干擾，外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)；另一個(ge)叫抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，由(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。本(ben)來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是直(zhi)(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)于(yu)(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)與制成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸點(dian)(dian)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜，打破原來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)(ci)(ci)外(wai)，本(ben)來(lai)(lai)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)是不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)本(ben)來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是直(zhi)(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)(xian)和(he)支點(dian)(dian)位(wei)(wei)于(yu)(yu)同(tong)(tong)一直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)上，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)為(wei)零。由(you)于(yu)(yu)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜，半球體向一側滾動，接(jie)觸點(dian)(dian)隨(sui)之(zhi)移動，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸點(dian)(dian)，即形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支點(dian)(dian)，此(ci)(ci)(ci)時(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)(xian)和(he)原支點(dian)(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)在(zai)同(tong)(tong)一直(zhi)(zhi)線(xian)(xian)(xian)上，因而(er)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)，這就(jiu)(jiu)是抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)。正是由(you)于(yu)(yu)抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)和(he)發(fa)展，抵(di)抗(kang)和(he)制止(zhi)了(le)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干擾作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向和(he)干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向正好相反，同(tong)(tong)時(shi)隨(sui)著不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增大，重(zhong)(zhong)(zhong)心作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移量(liang)也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增大，抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)值也(ye)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷(duan)增大，當(dang)(dang)抵(di)抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)等于(yu)(yu)干擾力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)時(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)就(jiu)(jiu)進入新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態--傾(qing)(qing)(qing)斜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態，此(ci)(ci)(ci)時(shi)外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干擾作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)也(ye)就(jiu)(jiu)宣(xuan)告停(ting)止(zhi)。由(you)此(ci)(ci)(ci)可知，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)受到外(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)干擾后，原有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)破壞了(le)，但新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨(sui)之(zhi)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)可以接(jie)續地保持平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然(ran)(ran)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)(tong)，但平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)質(zhi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)變(bian)，這種便是動態平(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第(di)三，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)復(fu)原的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)(li)(li)(li)情況(kuang)(kuang)。從(cong)勢(shi)能角度考慮(lv)，勢(shi)能低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物體比較穩(wen)定，物體一定會(hui)向著勢(shi)能低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態變(bian)化。當(dang)(dang)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)于(yu)(yu)集中了(le)大部分(fen)重(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底座(zuo)被抬高，造成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)勢(shi)能增加(jia)，所(suo)以不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)要回復(fu)原來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)(wei)置(zhi)。從(cong)杠(gang)桿原理來(lai)(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)，重(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)點(dian)(dian)一直(zhi)(zhi)處(chu)于(yu)(yu)端部，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)管支點(dian)(dian)在(zai)哪里，雖然(ran)(ran)底座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂(bei)較短，但是力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂(bei)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)還(huan)是會(hui)因為(wei)底座(zuo)那(nei)頭力(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)(ju)大而(er)回復(fu)到原來(lai)(lai)位(wei)(wei)置(zhi)。此(ci)(ci)(ci)外(wai)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)底部為(wei)圓形(xing)，摩擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便于(yu)(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)回到原來(lai)(lai)位(wei)(wei)置(zhi)。

在以上(shang)的(de)(de)(de)整(zheng)個過(guo)程中(zhong)，建立新的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)是其中(zhong)主要(yao)的(de)(de)(de)問題，因(yin)為只有(you)如此才能抵制外(wai)(wai)力的(de)(de)(de)干擾，而(er)回復原有(you)的(de)(de)(de)平衡(heng)(heng)則是次要(yao)問題，因(yin)為此時外(wai)(wai)力的(de)(de)(de)干擾已經去(qu)除。在整(zheng)個過(guo)程中(zhong)不倒翁始終保持平衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)屬性(xing)，這便是"平衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)穩定性(xing)"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不倒(dao)原理的(de)(de)要(yao)點在于(yu)：使重力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)作用(yong)線(xian)(xian)偏(pian)離支點，使重力(li)(li)(li)(li)(li)對支點產生力(li)(li)(li)(li)(li)矩，即抵抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)矩。由于(yu)不倒(dao)翁傾(qing)斜的(de)(de)角度不斷增(zeng)大(da)，重力(li)(li)(li)(li)(li)作用(yong)線(xian)(xian)的(de)(de)偏(pian)移(yi)量隨之增(zeng)大(da)，抵抗(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)矩也隨之增(zeng)大(da)，最終實現和外力(li)(li)(li)(li)(li)力(li)(li)(li)(li)(li)矩的(de)(de)平(ping)(ping)衡，不倒(dao)翁抵抗(kang)外力(li)(li)(li)(li)(li)干擾、保持平(ping)(ping)衡的(de)(de)能力(li)(li)(li)(li)(li)就(jiu)是這樣(yang)形成的(de)(de)。