不倒翁(不会摔倒的玩具)

不倒翁是一种古老的汉族儿童玩具,最早记载出现于唐代。形状像人而在造形和重量上制成一经触动就摇摆然后恢复直立状态。不倒翁也可比喻某些善于应付环境而能长期保持自己权位的人,有贬义。

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。

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。

平衡的稳定性

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。

力学原理小结

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。

相关来历

早在属于母系社会的西安半坡村遗址中曾发掘到一种提水壶。这种水壶装水时,就会往一边倾斜,装满水后则会自动立起来,非常方便于打水。到了先秦时期这种水壶演变成一种“饮器”,《荀子》中讲到,孔子到鲁桓公庙参观,看见“饮器”,问是什么东西。守庙者回答:这是放在座位右边喝酒的用具,这种用具巧妙的很:当它没有装酒的时候呈倒斜状,酒装的适中,就会立起来,而装得太满,又会倾倒。经孔子“点拨”之后,后人就将这种东西放在座位右边,用来提醒自己办事做人要适中,不虚不满。由此也就出现“座右铭”一词。这些东西据考证,用的都是头轻脚重的重心原理,就是不倒翁的前身。

最新资讯

“前面有不倒翁,走,去看看!”“演员好漂亮呀!”“快拍照,我要发朋友圈!”……日前,人流如织的南强集市,在街口举行“南强不倒翁”活动试演。通过借鉴西安“大唐不倒翁”活动形式,在入口处设置“不倒翁”底座装置,演员身穿汉服进行表演,吸引了不少市民围观拍照。

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