不倒翁的原理研究论文

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用简单点的白话来说，就是：上轻下重的物体比较稳定，即重心越低越稳定。所以不论不倒翁如何“跌倒”，它总会再次“爬起来”。一起来看看不倒翁为什么不会倒的原因，欢迎查阅!

不倒翁为什么不会倒

大家都有这样的 经验 ：平放的砖头很稳定，把砖头竖立起来就容易翻倒;瓶子里装了半瓶水稳定，空瓶子或是装满水的瓶子就比较容易翻倒。从上面两个事例来看，要使一个物体稳定，不易翻倒，需要满足两个条件：第一，它的底面积要大;第二，它的重心要低。物体的重心可以认为是其所受重力的合力作用点。

对任何物体来说，如果它的底面积越大，重心越低，它就越稳，越不容易翻倒。例如：塔形建筑物总是下面大上面尖;装运货物时，总是把重的东西放在下面，轻的东西放在上面。

了解了这些知识，我们再来看看不倒翁。不倒翁的整个身体都很轻，只是在它的底部有一块较重的铅块或铁块，因此它的重心很低;另一方面，不倒翁的底面大而圆滑，容易摆动。当不倒翁向一边倾斜时，由于支点(不倒翁和桌面的接触点)发生变动，重心和支点就不在同一条铅垂线上，这时候，不倒翁在重力的作用下会绕支点摆动，直到恢复正常的位置。不倒翁倾斜的程度越大，重心离开支点的水平距离就越大，重力产生的摆动效果也越大，使它恢复到原位的趋势也就越显著，所以不倒翁是永远推不倒的。

像不倒翁这样，原来静止的物体在受到微小扰动后能自动恢复原位的平衡状态，在物理学上叫做稳定平衡。而像 乒乓球 、 足球 、 篮球 等球状物体，在受到外力后，可以在任何位置继续保持平衡，这种状态称为随遇平衡。处于随遇平衡的物体，重心和支点始终在同一条铅垂线上，而且重心的高度保持不变。横放在桌上的铅笔，就是一种随遇平衡，不管它滚到哪儿，重心的高度是不变的。

不倒翁不倒的原因

不倒翁之所以不会倒，就是因为不倒翁的整个身体都很轻，只是在它的底部有一个较重的东西(铅块或铁块)因此,它的重心很低.另一方面,不倒翁的底面积大而圆滑,容易摆动.当不翁向一边倾斜时,由于支点(和桌面的接触点)发生变动,重心和支点就不再在同一条重垂线上了,这时重力的作用会使它绕支点摆动,使不倒翁恢复正常的位置.不倒翁倾斜的程度越大,支点离开重心的水平距离就越大,重力产生的摆动效果将随着增加,使它恢复原位的趋势也就越显著,所以不倒翁是永远推不倒的.

不倒翁相关特征

形体结构

不倒翁为空心壳体，重量很轻;下半身是一个实心的半球体，重量较大，不倒翁的重心就在半球体之内。下面的半球体和支承面之间有一个接触点，这个半球体在支承面上滚动时，接触点的位置就要发生改变。不倒翁始终用一个接触点站立在支承面上，它永远是一个独脚体。

稳定性

不倒翁在受到外力的作用时，就要失去平衡，而在外力去除后，不倒翁能自行回复到平衡状态，这说明不倒翁具有一种抵抗外力干扰保持平衡的能力，这就是平衡的稳定性。这种抵抗干扰保持平衡的能力的形成，应该从不倒翁的受力情况来看。

受力情况

第一，不倒翁平衡的受力情况。不倒翁在桌面上，受到两个外力的作用：一个是重力G，地球对不倒翁的吸引力;另一个是支持力，桌面对牛球体的反作用力。根据物体的平衡条件，只要这两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上，不倒翁就能够保持平衡的状态。

第二，不倒翁倾斜的受力情况。不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用，我们称外力的作用为干扰，外力形成干扰力矩;另一个叫抵抗力矩，由自身的重力形成。本来不倒翁是

直立的，由于外力的作用，外力对不倒翁与制成面的接触点产生力矩，使不倒翁倾斜，打破原来的平衡。此外，本来重力是不产生力矩的，因为本来不倒翁是直立的，重力的作用线和支点位于同一直线上，力矩为零。由于外力的作用，不倒翁倾斜，半球体向一侧滚动，接触点随之移动，形成了新的接触点，即形成了新的支点，此时重力的作用线和原支点不在同一直线上，因而形成力矩，这就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和发展，抵抗和制止了外力的干扰作用。抵抗力矩的方向和干扰力矩的方向正好相反，同时随着不倒翁倾斜的角度不断增大，重心作用线的偏移量也不断增大，抵抗力矩的量值也不断增大，当抵抗力矩等于干扰力矩时，不倒翁就进入新的平衡状态--倾斜的平衡状态，此时外力的干扰作用也就宣告停止。由此可知，不倒翁受到外力干扰后，原有的平衡破坏了，但新的平衡随之形成，不倒翁可以接续地保持平衡，虽然平衡的方式不同，但平衡的本质不变，这种便是动态平衡。第三，不倒翁复原的受力情况。从势能角度考虑，势能低的物体比较稳定，物体一定会向着势能低的状态变化。当不倒翁倒下的时候，由于集中了大部分重心的底座被抬高，造成势能增加，所以不倒翁要回复原来的位置。从杠杆原理来说，不倒翁倒下时，重心的作用点一直处于端部，不管支点在哪里，虽然底座的力臂较短，但是力矩=力_力臂，不倒翁还是会因为底座那头力矩大而回复到原来位置。此外，不倒翁底部为圆形，摩擦力小，便于不倒翁回到原来位置。

在以上的整个过程中，建立新的平衡是其中主要的问题，因为只有如此才能抵制外力的干扰，而回复原有的平衡则是次要问题，因为此时外力的干扰已经去除。在整个过程中不倒翁始终保持平衡的属性，这便是"平衡的稳定性"。

力学原理

综上所述，这个原理的要点在于：使重力的作用线偏离支点，使重力对支点产生力矩，即抵抗力距。由于不倒翁倾斜的角度不断增大，重力作用线的偏移量随之增大，抵抗力矩也随之增大，最终实现和外力力矩的平衡，不倒翁抵抗外力干扰、保持平衡的能力就是这样形成的。

不倒翁的原理介绍

上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定。当不倒翁在竖立状态处于平衡时，重心和接触点的距离最小，即重心最低。偏离平衡位置后，重心总是升高的。因此，这种状态的平衡是稳定平衡。所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。再比如像我们在科技馆看到的“锥体上滚”实验，也是这个道理，由于锥体的形状和两边轨道的形状，使它的重心在下降，但看起来好像在上升，向上滚与生活中的事实不符合。但它只是一种假像，看到它的本质，还是重心降低了，因此重心越低越稳定。在生活中为增加物体的稳定性，我们常采用加重下面的重量，如电扇底座、话筒架、公共汽车站牌等。

利用重心这种特点，还可以做许多有趣的实验和解释一些现象。如可以做一个斤头虫，把一粒胶囊打开，装入一个小滚珠，即可来回翻跟头。我们常见一个盒子只放在桌上一点，但却不掉下去，这是因为盒子靠桌子的一头，是"重心"所在，所以盒子悬空，但不掉下来。走钢丝的杂技演员，手持平衡棒也是为降低重心，达到平衡的目的。一、力学原理

最常见的不倒翁是纸身、泥底，即用纸浆灌模或用废纸粘糊成形，再用泥土 制成半圆形的底座，将二者粘合好之后，再在外表糊上净纸，施以 彩绘 而成;也有的用木头做底，底部中心固定上铁块和小石子;还有用小葫芦挖净内瓤，内部灌铅做成的"葫芦";今天还有用鸡蛋壳、旧乒乓球做成的小不倒翁。所有的这些不倒翁都有相同的特点：上半身为空心壳体、下半身是一个实心的半球体，底部为圆形。这些特点使它们具有了一致的基本力学结构，都能达到“不倒”的效果。

不倒翁为什么不会倒

无论什么东西，重的一头放得越低，支撑面越大，它就越稳，越不容易倒。工厂在生产不倒翁的时候，总是把不倒翁的下半部分做得很重，底部做成圆的，而且面积很大。所以不论你怎么推，它都会回到原来的位置，永远都不会倒的。

拓展

倒翁上半身是一个空心壳体，重量很轻;下半身是一个实心的半球体，重量相对较大，所以不倒翁的重心是在下面较重的半球体之内。而半球体与其支承面之间只有一个支点，当半球体在支承面上滚动时，支点的位置也随之发生改变。细心观察，我们就可以发现，不倒翁始终都是用这么一个支点立于支承面之上的，即它什么时候都是一个独脚体。

虽然独脚，但是在不受外力的情况下，它所受的地球引力和地面对它的支持力是大小相等、方向相反、作用在一条直线上的一对平衡力，所以它可以保持平衡。那么当有外力作用的时候，它又是怎么保持平衡的呢?

受到外力后，不倒翁倾斜，并受到两个力矩的作用，一个是外力的干扰力矩，另一个则是不倒翁自身重力形成的抵抗力矩。根据杠杆原理，当不倒翁倒下时，重心的作用点一直处于端部，而且不管此时的支点在哪里，虽然底座的力臂较短，但是力矩却大，于是不倒翁便因为底座这边较大的力矩而恢复成原始状态，即直立状态。此外，因为不倒翁的底部为圆形，所受的摩擦力小，也便于它回到原始状态。

在这个过程中，新平衡的建立是重中之重，因为只有重新建立平衡，才能消除外力的影响;既然外力影响已经去除，那么再回到最初的原始状态，就不成问题了。整个这种过程，即不倒翁始终保持平衡的属性，被称为“平衡的稳定性”。

用简单点的白话来说，就是：上轻下重的物体比较稳定，即重心越低越稳定。所以不论不倒翁如何“跌倒”，它总会再次“爬起来”。

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简单的说是地球引力

当不倒翁倒下的时候，由于集中了大部分重心的底座被抬高，造成势能增加，所以不倒翁要回复原来的位置。 2.从杠杆原理来说，不倒翁倒下时，重心的作用点

只能猜猜原理...可能能帮助你一下吧，不倒翁应该都是降低自己的中心来达到不倒，跟均匀与否没多大关系，材质均匀只是下面比上面多一点东西吧

匈牙利布达佩斯工艺与经济大学的两位科研人员发现了功能与不倒翁相同的形体,但其内部均匀无配重物。该科学论文发表在世界著名杂志《数学信使》上。

不倒翁是人们非常熟悉的一种物理力学现象，其原理是上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定。当不倒翁在竖立状态处于平衡时，重心和接触点的距离最小，即重心最低。偏离平衡位置后，重心总会升高。因此，不倒翁的这种平衡状态是稳定平衡，无论如何摇摆，它总是不倒。即使外力改变其平衡，一旦外力消失，它还会迅速恢复。不倒翁只有一个平衡点和一个非平衡点，但不倒翁内部是不均匀的，下部重或者在底部安装有配重物体。

如何才能找到既具有不倒翁的功能，但其内部又是均匀无配重物的形体，许多年来数学家在这一问题上绞尽了脑汁。匈牙利数学家首先用胶合板制成了一个比较复杂的形状，从不同位置摆放来观察其翻倒后是否能自动恢复到平衡点。研究人员通过数学计算发现，任何平面形体至少有2个平衡点和2个非平衡点。随后，研究人员在三维形体上进行试验，并通过数学计算模型，用实物制成了独一无二的形状。它的表面是非常复杂的修圆形状，在自然界中，印度的星龟具有类似的形状。

研究人员将上述奇特形体称为“Gomboc”。它完全具有不倒翁的功能，也就是说，只有一个平衡点和一个非平衡点，受到外力倾斜或翻倒后，一旦外力消失，会自动恢复到原平衡点。

有关专家指出，把“Gomboc”做成玩具，将会具有很大的经济价值。1974年匈牙利人厄尔诺·鲁比克发明了风靡世界的魔方玩具，该项发明也曾刊登在当年的《数学信使》杂志封面上。

其实不倒翁是有可能做到不倒的。学过初中物理的都知道。只有引力方向，和支撑点，以及重心3点连成一线。不倒翁就不会倒。很多蛋型的不倒翁他的尖的一方，是有一个支撑点，能够做到和引力方向、重心连成一条线的。只是很难找而已。