不倒翁 - 不會(huì)摔倒的玩具
不倒翁是一種古老的漢族兒童玩具,最早記載出現(xiàn)于唐代。形狀像人而在造形和重量上制成一經(jīng)觸動(dòng)就搖擺然后恢復(fù)直立狀態(tài)。不倒翁也可比喻某些善于應(yīng)付環(huán)境而能長(zhǎng)期保持自己權(quán)位的人,有貶義。
原理介紹
上輕下重的物體比較穩(wěn)定,也就是說(shuō)重心越低越穩(wěn)定。當(dāng)不倒翁在豎立狀態(tài)處于平衡時(shí),重心和接觸點(diǎn)的距離最小,即重心最低。偏離平衡位置后,重心總是升高的。因此,這種狀態(tài)的平衡是穩(wěn)定平衡。所以不倒翁無(wú)論如何搖擺,總是不倒的。再比如像我們?cè)诳萍拣^看到的“錐體上滾”實(shí)驗(yàn),也是這個(gè)道理,由于錐體的形狀和兩邊軌道的形狀,使它的重心在下降,但看起來(lái)好像在上升,向上滾與生活中的事實(shí)不符合。但它只是一種假像,看到它的本質(zhì),還是重心降低了,因此重心越低越穩(wěn)定。在生活中為增加物體的穩(wěn)定性,我們常采用加重下面的重量,如電扇底座、話(huà)筒架、公共汽車(chē)站牌等。
特征
形體結(jié)構(gòu)
不倒翁為空心殼體,重量很輕;下半身是一個(gè)實(shí)心的半球體,重量較大,不倒翁的重心就在半球體之內(nèi)。下面的半球體和支承面之間有一個(gè)接觸點(diǎn),這個(gè)半球體在支承面上滾動(dòng)時(shí),接觸點(diǎn)的位置就要發(fā)生改變。不倒翁始終用一個(gè)接觸點(diǎn)站立在支承面上,它永遠(yuǎn)是一個(gè)獨(dú)腳體。
平衡的穩(wěn)定性
不倒翁在受到外力的作用時(shí),就要失去平衡,而在外力去除后,不倒翁能自行回復(fù)到平衡狀態(tài),這說(shuō)明不倒翁具有一種抵抗外力干擾保持平衡的能力,這就是平衡的穩(wěn)定性。這種抵抗干擾保持平衡的能力的形成,應(yīng)該從不倒翁的受力情況來(lái)看。
受力情況
第一,不倒翁平衡的受力情況。 不倒翁在桌面上,受到兩個(gè)外力的作用:一個(gè)是重力G,地球?qū)Σ坏刮痰奈?;另一個(gè)是支持力,桌面對(duì)牛球體的反作用力。根據(jù)物體的平衡條件,只要這兩個(gè)力大小相等、方向相反、作用在一條直線(xiàn)上,不倒翁就能夠保持平衡的狀態(tài)。
第二,不倒翁傾斜的受力情況。不倒翁傾斜時(shí)受到兩個(gè)力矩的作用,我們稱(chēng)外力的作用為干擾,外力形成干擾力矩;另一個(gè)叫抵抗力矩,由自身的重力形成。本來(lái)不倒翁是直立的,由于外力的作用,外力對(duì)不倒翁與制成面的接觸點(diǎn)產(chǎn)生力矩,使不倒翁傾斜,打破原來(lái)的平衡。
力學(xué)原理小結(jié)
綜上所述,這個(gè)原理的要點(diǎn)在于:使重力的作用線(xiàn)偏離支點(diǎn),使重力對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生力矩,即抵抗力距。由于不倒翁傾斜的角度不斷增大,重力作用線(xiàn)的偏移量隨之增大,抵抗力矩也隨之增大,最終實(shí)現(xiàn)和外力力矩的平衡,不倒翁抵抗外力干擾、保持平衡的能力就是這樣形成的。
相關(guān)來(lái)歷
早在屬于母系社會(huì)的西安半坡村遺址中曾發(fā)掘到一種提水壺。這種水壺裝水時(shí),就會(huì)往一邊傾斜,裝滿(mǎn)水后則會(huì)自動(dòng)立起來(lái),非常方便于打水。到了先秦時(shí)期這種水壺演變成一種“飲器”,《荀子》中講到,孔子到魯桓公廟參觀,看見(jiàn)“飲器”,問(wèn)是什么東西。守廟者回答:這是放在座位右邊喝酒的用具,這種用具巧妙的很:當(dāng)它沒(méi)有裝酒的時(shí)候呈倒斜狀,酒裝的適中,就會(huì)立起來(lái),而裝得太滿(mǎn),又會(huì)傾倒。經(jīng)孔子“點(diǎn)撥”之后,后人就將這種東西放在座位右邊,用來(lái)提醒自己辦事做人要適中,不虛不滿(mǎn)。由此也就出現(xiàn)“座右銘”一詞。這些東西據(jù)考證,用的都是頭輕腳重的重心原理,就是不倒翁的前身。
最新資訊
“前面有不倒翁,走,去看看!”“演員好漂亮呀!”“快拍照,我要發(fā)朋友圈!”……日前,人流如織的南強(qiáng)集市,在街口舉行“南強(qiáng)不倒翁”活動(dòng)試演。通過(guò)借鑒西安“大唐不倒翁”活動(dòng)形式,在入口處設(shè)置“不倒翁”底座裝置,演員身穿漢服進(jìn)行表演,吸引了不少市民圍觀拍照。
