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(mian)，不倒(dao)翁(weng)的(de)(de)底面(mian)積大而圓滑，容易擺動(dong)。當(dang)不倒(dao)翁(weng)向(xiang)一(yi)邊傾斜時(shi)，由于支(zhi)(zhi)點（和(he)(he)桌面(mian)的(de)(de)接觸點）發生變動(dong)，重(zhong)心(xin)和(he)(he)支(zhi)(zhi)點就不再在(zai)同(tong)一(yi)條重(zhong)垂線上了，這(zhe)時(shi)重(zhong)力的(de)(de)作用會使(shi)它繞支(zhi)(zhi)點擺動(dong)，使(shi)不倒(dao)翁(weng)恢(hui)復正常的(de)(de)位(wei)置。不倒(dao)翁(weng)傾斜的(de)(de)程度越大，支(zhi)(zhi)點離開重(zhong)心(xin)的(de)(de)水平(ping)距(ju)離就越大，重(zhong)力產生的(de)(de)擺動(dong)效(xiao)果將隨著增加，使(shi)它恢(hui)復原位(wei)的(de)(de)趨勢也就越顯著，所以不倒(dao)翁(weng)是永遠(yuan)推不倒(dao)的(de)(de)。

用簡單點的白話來(lai)說，就是(shi)：上輕下重的物體比較穩(wen)定(ding)，即重心越(yue)低越(yue)穩(wen)定(ding)。所以不論不倒翁(weng)如何(he)“跌倒”，它(ta)總(zong)會再(zai)次“爬(pa)起(qi)來(lai)”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不倒翁(weng)(weng)(weng)為空心殼體(ti)，重(zhong)量很輕；下(xia)半身(shen)是(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)實心的半球體(ti)，重(zhong)量較大，不倒翁(weng)(weng)(weng)的重(zhong)心就在(zai)半球體(ti)之內。下(xia)面的半球體(ti)和(he)支(zhi)承(cheng)面之間有一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)接(jie)(jie)觸點，這個(ge)(ge)(ge)半球體(ti)在(zai)支(zhi)承(cheng)面上滾動時，接(jie)(jie)觸點的位置就要發(fa)生改變。不倒翁(weng)(weng)(weng)始終用一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)接(jie)(jie)觸點站立(li)在(zai)支(zhi)承(cheng)面上，它永遠是(shi)(shi)一(yi)(yi)個(ge)(ge)(ge)獨腳體(ti)。

2、穩定性

不(bu)倒翁(weng)在受到(dao)外(wai)(wai)力的(de)作用時，就(jiu)要失去平衡，而在外(wai)(wai)力去除后(hou)，不(bu)倒翁(weng)能自行回復到(dao)平衡狀態，這說(shuo)明不(bu)倒翁(weng)具(ju)有一種抵(di)抗外(wai)(wai)力干擾保(bao)(bao)持平衡的(de)能力，這就(jiu)是平衡的(de)穩定(ding)性(xing)。這種抵(di)抗干擾保(bao)(bao)持平衡的(de)能力的(de)形成(cheng)，應該從不(bu)倒翁(weng)的(de)受力情況來(lai)看。

3、受力情況

第一，不(bu)倒翁(weng)平衡的(de)(de)受(shou)力(li)情況。不(bu)倒翁(weng)在(zai)桌(zhuo)面上，受(shou)到兩(liang)個(ge)外力(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)：一個(ge)是重力(li)G，地球對(dui)不(bu)倒翁(weng)的(de)(de)吸(xi)引力(li)；另一個(ge)是支(zhi)持力(li)，桌(zhuo)面對(dui)牛球體的(de)(de)反作用(yong)(yong)力(li)。根(gen)據物體的(de)(de)平衡條(tiao)件，只要(yao)這兩(liang)個(ge)力(li)大(da)小相等、方(fang)向相反、作用(yong)(yong)在(zai)一條(tiao)直線上，不(bu)倒翁(weng)就能夠保持平衡的(de)(de)狀(zhuang)態。

第二，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)情(qing)況。不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)時(shi)(shi)(shi)受到(dao)兩(liang)個(ge)(ge)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用，我們稱外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用為(wei)干(gan)(gan)(gan)擾，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)干(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)；另一(yi)(yi)個(ge)(ge)叫(jiao)抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，由(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)。本來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用，外(wai)(wai)力(li)(li)(li)對(dui)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)與(yu)制(zhi)成(cheng)(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)點(dian)產生力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，使(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)，打破(po)原來(lai)(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)外(wai)(wai)，本來(lai)(lai)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)是(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)產生力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)本來(lai)(lai)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用線和(he)支(zhi)點(dian)位(wei)于(yu)同(tong)一(yi)(yi)直(zhi)線上，力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)為(wei)零。由(you)于(yu)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)，半(ban)球體(ti)向(xiang)一(yi)(yi)側(ce)滾動(dong)(dong)，接(jie)觸(chu)(chu)點(dian)隨(sui)(sui)之移(yi)動(dong)(dong)，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)點(dian)，即(ji)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)點(dian)，此(ci)時(shi)(shi)(shi)重(zhong)(zhong)(zhong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用線和(he)原支(zhi)點(dian)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)在同(tong)一(yi)(yi)直(zhi)線上，因而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)，這(zhe)就是(shi)(shi)抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)。正是(shi)(shi)由(you)于(yu)抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)和(he)發(fa)展(zhan)，抵(di)抗(kang)(kang)(kang)和(he)制(zhi)止了(le)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)擾作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用。抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)和(he)干(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)正好相反，同(tong)時(shi)(shi)(shi)隨(sui)(sui)著不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)度(du)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增大，重(zhong)(zhong)(zhong)心作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用線的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏移(yi)量也不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增大，抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)量值也不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)斷增大，當抵(di)抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)等于(yu)干(gan)(gan)(gan)擾力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)時(shi)(shi)(shi)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)就進入新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)(tai)--傾(qing)(qing)(qing)斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀(zhuang)態(tai)(tai)，此(ci)時(shi)(shi)(shi)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)(gan)(gan)擾作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用也就宣告停止。由(you)此(ci)可知，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)受到(dao)外(wai)(wai)力(li)(li)(li)干(gan)(gan)(gan)擾后(hou)，原有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)破(po)壞了(le)，但(dan)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨(sui)(sui)之形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)可以接(jie)續地保持平(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然平(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(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)(de)(de)(de)本質不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)變(bian)，這(zhe)種便(bian)是(shi)(shi)動(dong)(dong)態(tai)(tai)平(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)復(fu)原的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)受力(li)(li)(li)情(qing)況。從勢能(neng)角(jiao)度(du)考慮，勢能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)物體(ti)比較穩定，物體(ti)一(yi)(yi)定會向(xiang)著勢能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)變(bian)化(hua)。當不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)(shi)候，由(you)于(yu)集中了(le)大部(bu)分重(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)底座(zuo)被抬高，造成(cheng)(cheng)勢能(neng)增加(jia)，所以不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(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)(de)位(wei)置(zhi)。從杠桿原理來(lai)(lai)說，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)下(xia)時(shi)(shi)(shi)，重(zhong)(zhong)(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)(zuo)(zuo)用點(dian)一(yi)(yi)直(zhi)處于(yu)端部(bu)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)管支(zhi)點(dian)在哪里，雖然底座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)臂較短(duan)，但(dan)是(shi)(shi)力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)=力(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)還是(shi)(shi)會因為(wei)底座(zuo)那(nei)頭力(li)(li)(li)矩(ju)(ju)大而回復(fu)到(dao)原來(lai)(lai)位(wei)置(zhi)。此(ci)外(wai)(wai)，不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)底部(bu)為(wei)圓形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)小，便(bian)于(yu)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)倒(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)(weng)回到(dao)原來(lai)(lai)位(wei)置(zhi)。

在(zai)(zai)以上(shang)的(de)(de)整個(ge)過程(cheng)中(zhong)，建立新的(de)(de)平衡(heng)是(shi)其中(zhong)主要的(de)(de)問題(ti)，因為只(zhi)有(you)如(ru)此才(cai)能抵制(zhi)外力的(de)(de)干(gan)擾，而回復原有(you)的(de)(de)平衡(heng)則是(shi)次要問題(ti)，因為此時外力的(de)(de)干(gan)擾已經去除。在(zai)(zai)整個(ge)過程(cheng)中(zhong)不倒翁始終保持(chi)平衡(heng)的(de)(de)屬性(xing)(xing)，這便是(shi)"平衡(heng)的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不(bu)倒原理的要(yao)點(dian)(dian)在于：使(shi)重力(li)(li)的作(zuo)用(yong)線(xian)偏離支點(dian)(dian)，使(shi)重力(li)(li)對支點(dian)(dian)產生力(li)(li)矩(ju)，即抵抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)矩(ju)。由于不(bu)倒翁傾(qing)斜的角度不(bu)斷增大，重力(li)(li)作(zuo)用(yong)線(xian)的偏移量(liang)隨(sui)之(zhi)增大，抵抗(kang)(kang)(kang)力(li)(li)矩(ju)也隨(sui)之(zhi)增大，最終實現(xian)和(he)外力(li)(li)力(li)(li)矩(ju)的平(ping)衡(heng)，不(bu)倒翁抵抗(kang)(kang)(kang)外力(li)(li)干擾、保持平(ping)衡(heng)的能力(li)(li)就是這樣形成的。