【中外玩具網訊】為什么不倒翁不會倒?不倒翁是兒時的玩伴,大家都可能親自制作過,好玩可愛的不倒翁,但很多人就疑問為什么不倒翁不會倒,壓下去又起來呢?到底是什么原理讓不倒翁不倒呢?下面,隨著中外玩具網小編一起去來解開困惑的謎題吧!
?
不倒翁的原理很簡單,早在我國母系社會時期的半坡人便已能熟練運用。他們發明了一種提水壺,學名尖底瓶,是當時的汲水工具。將空的瓶子用繩子系住雙耳,然后拋入水中,因為重力而自動下沉,但是注滿水后,又因為重心轉移,瓶口朝上豎起,此時用繩將瓶拉倒岸邊,從而實現汲水的功能。
?
?
雖然原理大致相同,但是關于不倒翁的前身,學者們普遍認同是由唐代的一種勸酒工具——捕醉仙轉化而來。后來則不知哪位匠人突發靈感,而將此改制,成為一種頭戴烏紗、身著官袍的不倒翁玩具,并快速得到孩童的喜愛與追捧。
?
我們小時候大約也都玩過不倒翁,上面我們也簡單講了一下它的前身歷史,但是它究竟是靠什么力量而始終不倒呢?我們來細細地講一講。
?
首先,不倒翁是什么樣子的呢?我們最常見的不倒翁是紙身、泥底,也有用木頭、鐵塊或小石子為底的,但是不管用什么材料,不倒翁總有這么一些特點,即:上半身為空心殼體、下半身位實心半球體,底部的輪廓則是一個圓形。這些特點使它們具有了一致的基本力學結構,從而達到“不倒”的效果。
?
為什么這樣就不會倒了呢?我們說過了,不倒翁上半身是一個空心殼體,重量很輕;下半身是一個實心的半球體,重量相對較大,所以不倒翁的重心是在下面較重的半球體之內。而半球體與其支承面之間只有一個支點,當半球體在支承面上滾動時,支點的位置也隨之發生改變。信息觀察,我們就可以發現,不倒翁始終都是用這么一個支點立于支承面之上的,即它什么時候都是一個獨腳體。
?
?
?
雖然獨腳,但是在不受外力的情況下,它所受的地球引力和地面對它的支持力是大小相等、方向相反、作用在一條直線上的一對平衡力,所以它可以保持平衡。那么當有外力作用的時候,它又是怎么保持平衡的呢?
?
受到外力后,不倒翁傾斜,并受到兩個力矩的作用,一個是外力的干擾力矩,另一個則是不倒翁自身重力形成的抵抗力矩。根據杠桿原理,當不倒翁倒下時,重心的作用點一直處于端部,而且不管此時的支點在哪里,雖然底座的力臂較短,但是力矩卻大,于是不倒翁便因為底座這邊較大的力矩而恢復成原始狀態,即直立狀態。此外,因為不倒翁的底部為圓形,所受的摩擦力小,也便于它回到原始狀態。
?
在這個過程中,新平衡的建立是重中之重,因為只有重新建立平衡,才能消除外力的影響;既然外力影響已經去除,那么再回到最初的原始狀態,就不成問題了。整個這種過程,即不倒翁始終保持平衡的屬性,被稱為“平衡的穩定性”。
?
用簡單點的白話來說,就是:上輕下重的物體比較穩定,即重心越低越穩定。所以不論不倒翁如何“跌倒”,它總會再次“爬起來”。
相關閱讀:
簡單易學不倒翁的做法_手工制作不倒翁玩具