有趣的不倒翁,不论你怎么使劲推,它都不会翻倒。甚至你把它横过来放,一松手,“倔强”的不倒翁又会站在你面前。这确实是一个很有趣的现象。
一块水平放置的砖头,不论雨打风吹,总是稳稳地呆在原地。如果把它竖起来,一有风吹草动它就可能翻倒。这是因为砖头平放时,重心很低,接触地面的面积又很大,也就是说,它的重心较低,不容易翻倒。
其他物体也是这样。如果你到过工厂,会发现许多机器设备的机座都比较大,也很沉,目的就是防止机器翻倒,增加机器的稳定性。往车或船上装货物时,是把重的东西放在下面,还是把轻的东西放在下面呢你一定猜到了,要先把重的东西放在底部。因为这样一来,整个车或船的重心较低,可以保证行驶的安全。
那么不倒翁为什么不会倒呢一方面因为它上轻下重,底部有一个较重的铁块,所以重心很低;另一方面,不倒翁的底面大而圆滑,当它向一边倾斜时,它的重心和桌面的接触点不在同一条垂直线上,重力作用会使它向另外一边摆动。比如,当不倒翁向左倒时,重心和重力作用线在接触点的右边,在重力作用下,不倒翁就又向右倒。当倒向右边时,重心和重力作用线又跑到接触点左边,迫使不倒翁再向左倒。不倒翁就是这样摆过来,又摆过去,直到因为摩擦和空气阻力,能量逐渐损失,减少到零时,重力作用线,恰好通过接触点它才不会继续摆动。
原来,它的重心比较低。当你将它倾斜以后,它的重力与它的着地点之间就产生了一个力矩,由于这个力矩的作用,使不倒翁要恢复原来的状态,所以不倒翁就不停地摇摆起来,就是不会倒下去。所以,重心一低,稳度也就大大地提高了。
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,不倒翁态处于平衡时,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。
1、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,所以不倒翁会回到原来的位置。
2、从杠杆原理来说,不倒翁倒下时,重心的作用点一直处于端部,不管支点在哪里,不倒翁还是会因为底座那头力矩大而回到原来位置。
3、还有就是底部为圆形,摩擦力小,便于不倒翁回到原来位置。
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。这种抵抗干扰保持平衡的能力的形成,可以从不倒翁的受力情况来看。
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