不倒翁原理-不倒翁是什么原理

本文目录

1、不倒翁原理，不倒翁是什么原理？
2、不倒鹰原理？
3、鸡蛋撞地球怎么又轻又不破？
4、不倒翁效应？
5、不倒翁反重力现象？

1、不倒翁原理，不倒翁是什么原理？

这是个非常有趣的问题。这个小玩具里面其实有大学问，推而广之还有大智慧！

不倒翁的原理涉及几个重要的科学概念，需要预先做个说明。

重心：在重力场中（简单来说就是地球对有质量的物体的吸引作用），组成物体的所有质点都会受到一个重力的作用（姑且称为单位重力），所有单位重力的合力（矢量和，此处数值大小与代数和相等）的作用点。物体处于任何方位时，所有各组成质点的重力的合力都通过的重心这一点。

经常与重心牵扯不清的还有另外一个概念：质心！

质心，质量中心的简称，是假设物体所有的质量集中于此的一个假想点。它是基于等效原理提出的一个概念。即：组成这个物体所有分散质量点单独作用的效果与所有质量点集中在质心处所受的效果等效。质心处的质量等于质点系的总质量，而该质点上的作用力则等于作用于质点系上的所有外力平移到这一点后的矢量和。

重心一定要在重力场中才有意义。质心不一定要在有重力场的系统中。除非重力场是均匀的，否则同一物质系统的质心与重心通常不在同一假想点上。质量均匀的物体重心与质心重合，质量不均匀的物体重心与质心不在同一点上。此时，重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。但不管物体质量是否均匀，一旦物体形状确定或者说是刚体（不会变形，不管是弹性变形还是塑性变形），重心在物体上的相对位置是固定不变的。

而所有的不倒翁要真正的“不倒”一定是质量分布不均匀的，即所谓的头轻脚重。如果头重脚轻一定会跌跟头！

重心越低，势能就越小，物体的稳定性越好。

下面我们基于基本的力学原理来对不倒翁进行分析。

CASE 1：如图所示，重心、转动中心（不倒翁的球心）和支点三点共线，且重心在转动中心上方。

这时重力G、地面对不倒翁的支撑力N大小相等、方向相反，且在同一条直线上。由力学基本原理，不倒翁受力平衡，物体处于稳定状态。只是这种情况下，重心过高（在转动中心上方），物体受力处于临界平衡，是一种亚稳定状态。这种情况下的物体稳定性很差，稍稍的一点震动即可破坏原有的稳定。

CASE 2：如图所示，重心、转动中心（不倒翁的球心）和支点不在同一条直线上，且重心在转动中心上方。

这时重力G、地面对不倒翁的支撑力N大小相等、方向相反，但不在同一条直线上，形成一对力偶。由力学基本原理，不倒翁会在力偶矩的作用下发生转动，直到重心运动到转动中心的下方，且与转动中心和支点三点共线为止。

综上，只要重心在转动中心的上方，物体势能大，物体要么处于亚稳定状态要么就不稳定，要发生翻转，降低势能，最终到达稳定。

CASE 3：如图所示，重心、转动中心（不倒翁的球心）和支点三点共线，且重心在转动中心下方。

这时重力G、地面对不倒翁的支撑力N大小相等、方向相反，且在同一条直线上。由力学基本原理，不倒翁受力平衡，物体处于稳定状态。这种情况下，重心低（在转动中心下方），势能低，物体受力处于平衡，且重心与支点相距越近，稳定状况越好。这种情况是一种很好的稳定状态。

CASE 4：如图所示，重心、转动中心（不倒翁的球心）和支点不在同一条直线上，且重心在转动中心下方。

这时重力G、地面对不倒翁的支撑力N大小相等、方向相反，但不在同一条直线上，形成一对力偶。由力学基本原理，不倒翁会在力偶矩的作用下发生转动，形成类似于钟摆的形态。理论上不倒翁会不停的摆动，不断的发生势能与动能的转换。但由于不倒翁会与地面有摩擦，会消耗能量，所以最终不倒翁能停下来，到达稳定状态。此时重心与转动中心和支点三点共线，且在转动中心下方。

综上，只要重心在转动中心（球心）的下方，不倒翁即能到达稳定，实现“不倒”，反之，则是“倒翁！”

生活中只要你留意，就会发现很多利用降低重心来增加稳定性的事例。比如，汽车在设计制造时，通过增加底盘占整个车体重量的比例，降低汽车的重心，可以使汽车在紧急刹车或者转弯时保持平衡，避免翻车。轿车比越野车底盘低（重心低），所以轿车比越野车稳定性好，跑山路急转弯时不易翻车；又比如，手持平衡棒的走钢丝杂技演员，太极拳里面的身体半蹲姿势等，都是利用不倒翁原理。

至于说不倒翁理论上能做多大，从上面的分析，我们可知只要你支撑的平面够大，不倒翁下方的球体半径够大，通过配重，让重心处于转动中心（球心）下方，那样这个不倒翁你想做多大就可以做多大，就是这么任性！

如果你还有什么疑问或奇思妙想，欢迎关注，欢迎探讨。

不倒翁原理-不倒翁是什么原理

2、不倒鹰原理？

不倒翁的工作原理是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。

3、鸡蛋撞地球怎么又轻又不破？

鸡蛋撞地球，可以将鸡蛋包装成几种安全形式，让鸡蛋平稳降落在地球。

降落伞型：利用降落伞，增大空气阻力，使鸡蛋连同整个装置平稳落地。

外包装型：利用较多的减震材料将鸡蛋严实包裹起来，比如用泡沫、棉花等填充材料，发挥材料缓冲作用保护鸡蛋。

不倒翁型：包装鸡蛋的装置，利用不倒翁的原理，把重心尽可能降低，使得装置下落时能保持稳定状态，确保始终一个面着地，达到保护鸡蛋的目的。

多面体型：把整个装置制作成一个多面体，将鸡蛋用结实的绳子固定在多面体的中央，使整个鸡蛋悬空，装置落地后，不论哪个面着地，鸡蛋都不会受到伤害。

4、不倒翁效应？

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。

5、不倒翁反重力现象？

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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