一、不倒翁為什么不倒

不倒翁之所以不會倒，一方面是因為不倒翁的整個身體都很輕，只是在它的底部有一個較重的東西（鉛塊或鐵塊），因此，它的重心很低。另一(yi)方面(mian)，不(bu)倒翁(weng)的(de)(de)底面(mian)積(ji)大(da)而(er)圓(yuan)滑(hua)，容(rong)易擺動(dong)。當不(bu)倒翁(weng)向(xiang)一(yi)邊傾斜(xie)時(shi)，由于(yu)支點(dian)(dian)（和(he)桌面(mian)的(de)(de)接(jie)觸點(dian)(dian)）發生變動(dong)，重(zhong)(zhong)心和(he)支點(dian)(dian)就不(bu)再在同(tong)一(yi)條重(zhong)(zhong)垂線上了，這時(shi)重(zhong)(zhong)力(li)的(de)(de)作用會使它繞支點(dian)(dian)擺動(dong)，使不(bu)倒翁(weng)恢(hui)復正(zheng)常的(de)(de)位置。不(bu)倒翁(weng)傾斜(xie)的(de)(de)程度越(yue)大(da)，支點(dian)(dian)離開重(zhong)(zhong)心的(de)(de)水平(ping)距離就越(yue)大(da)，重(zhong)(zhong)力(li)產(chan)生的(de)(de)擺動(dong)效果將(jiang)隨著增加，使它恢(hui)復原位的(de)(de)趨(qu)勢也(ye)就越(yue)顯著，所以不(bu)倒翁(weng)是永遠(yuan)推(tui)不(bu)倒的(de)(de)。

用簡單點的(de)白話(hua)來(lai)說，就是：上輕下重的(de)物體比較穩定(ding)，即重心越(yue)低越(yue)穩定(ding)。所以不(bu)論不(bu)倒翁如何“跌倒”，它總會再次“爬起來(lai)”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結構

不(bu)倒翁(weng)為(wei)空心(xin)殼體，重(zhong)(zhong)量很輕(qing)；下半(ban)(ban)(ban)身是(shi)一(yi)個(ge)實心(xin)的(de)半(ban)(ban)(ban)球(qiu)體，重(zhong)(zhong)量較大，不(bu)倒翁(weng)的(de)重(zhong)(zhong)心(xin)就在半(ban)(ban)(ban)球(qiu)體之內。下面(mian)的(de)半(ban)(ban)(ban)球(qiu)體和支(zhi)(zhi)承(cheng)面(mian)之間有一(yi)個(ge)接觸點(dian)，這個(ge)半(ban)(ban)(ban)球(qiu)體在支(zhi)(zhi)承(cheng)面(mian)上滾動時，接觸點(dian)的(de)位置(zhi)就要發生(sheng)改變。不(bu)倒翁(weng)始終(zhong)用一(yi)個(ge)接觸點(dian)站立在支(zhi)(zhi)承(cheng)面(mian)上，它永遠是(shi)一(yi)個(ge)獨腳體。

2、穩定性

不倒(dao)翁在受(shou)到(dao)外(wai)力(li)(li)(li)的作用時(shi)，就(jiu)要失去(qu)(qu)平衡(heng)(heng)，而在外(wai)力(li)(li)(li)去(qu)(qu)除(chu)后，不倒(dao)翁能(neng)自(zi)行回復到(dao)平衡(heng)(heng)狀態，這說明不倒(dao)翁具有一種抵抗(kang)外(wai)力(li)(li)(li)干(gan)擾保持平衡(heng)(heng)的能(neng)力(li)(li)(li)，這就(jiu)是平衡(heng)(heng)的穩定(ding)性。這種抵抗(kang)干(gan)擾保持平衡(heng)(heng)的能(neng)力(li)(li)(li)的形成，應該從(cong)不倒(dao)翁的受(shou)力(li)(li)(li)情況來看。

3、受力情況

第一(yi)(yi)，不倒(dao)翁(weng)平衡(heng)的(de)受力(li)(li)情(qing)況。不倒(dao)翁(weng)在桌面上(shang)，受到兩個(ge)外力(li)(li)的(de)作用：一(yi)(yi)個(ge)是重(zhong)力(li)(li)G，地球對不倒(dao)翁(weng)的(de)吸引力(li)(li)；另一(yi)(yi)個(ge)是支(zhi)持(chi)力(li)(li)，桌面對牛球體的(de)反作用力(li)(li)。根據物(wu)體的(de)平衡(heng)條件(jian)，只(zhi)要這(zhe)兩個(ge)力(li)(li)大小相等、方(fang)向相反、作用在一(yi)(yi)條直線上(shang)，不倒(dao)翁(weng)就能(neng)夠保(bao)持(chi)平衡(heng)的(de)狀態(tai)。

第二，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)(shou)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)況。不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾斜(xie)(xie)時(shi)受(shou)(shou)到(dao)(dao)兩個(ge)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，我們稱外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)為(wei)干(gan)擾(rao)，外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)干(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)；另一(yi)個(ge)叫抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，由(you)(you)自身的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)。本來(lai)不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)(zhi)立(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，由(you)(you)于(yu)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)對不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)與制(zhi)(zhi)成(cheng)(cheng)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸點(dian)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，使不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾斜(xie)(xie)，打破(po)原(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。此(ci)(ci)外(wai)(wai)(wai)，本來(lai)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)是(shi)(shi)不(bu)(bu)產生力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，因為(wei)本來(lai)不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)是(shi)(shi)直(zhi)(zhi)立(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)和(he)(he)支(zhi)點(dian)位(wei)于(yu)同一(yi)直(zhi)(zhi)線(xian)上(shang)，力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)為(wei)零。由(you)(you)于(yu)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾斜(xie)(xie)，半球體向(xiang)一(yi)側滾動(dong)，接(jie)(jie)觸點(dian)隨之移(yi)動(dong)，形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)接(jie)(jie)觸點(dian)，即形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)了(le)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)支(zhi)點(dian)，此(ci)(ci)時(shi)重(zhong)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)和(he)(he)原(yuan)(yuan)(yuan)支(zhi)點(dian)不(bu)(bu)在(zai)同一(yi)直(zhi)(zhi)線(xian)上(shang)，因而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)，這就(jiu)是(shi)(shi)抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)。正(zheng)是(shi)(shi)由(you)(you)于(yu)抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)和(he)(he)發展(zhan)，抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)和(he)(he)制(zhi)(zhi)止了(le)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)。抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)和(he)(he)干(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)正(zheng)好相反，同時(shi)隨著(zhu)不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)傾斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)角(jiao)(jiao)度不(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大，重(zhong)心作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)線(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)偏(pian)移(yi)量也不(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大，抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)量值也不(bu)(bu)斷(duan)(duan)增(zeng)大，當抵(di)(di)(di)(di)抗(kang)(kang)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)等于(yu)干(gan)擾(rao)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)時(shi)，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)就(jiu)進入(ru)新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)--傾斜(xie)(xie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)狀態(tai)，此(ci)(ci)時(shi)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾(rao)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)也就(jiu)宣告停止。由(you)(you)此(ci)(ci)可知，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)受(shou)(shou)到(dao)(dao)外(wai)(wai)(wai)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)干(gan)擾(rao)后，原(yuan)(yuan)(yuan)有的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)破(po)壞(huai)了(le)，但新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)隨之形(xing)(xing)(xing)成(cheng)(cheng)，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)可以接(jie)(jie)續地保持平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，雖然平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)式不(bu)(bu)同，但平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)本質不(bu)(bu)變(bian)，這種便(bian)是(shi)(shi)動(dong)態(tai)平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。第三，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)復(fu)原(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)受(shou)(shou)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)情(qing)況。從勢(shi)(shi)能(neng)角(jiao)(jiao)度考(kao)慮，勢(shi)(shi)能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)物體比較(jiao)穩定(ding)，物體一(yi)定(ding)會(hui)向(xiang)著(zhu)勢(shi)(shi)能(neng)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)狀態(tai)變(bian)化。當不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)候，由(you)(you)于(yu)集中了(le)大部(bu)(bu)分重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)底(di)座(zuo)被抬高，造成(cheng)(cheng)勢(shi)(shi)能(neng)增(zeng)加，所以不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)要回(hui)復(fu)原(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)。從杠桿原(yuan)(yuan)(yuan)理來(lai)說(shuo)，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)倒(dao)(dao)(dao)(dao)下時(shi)，重(zhong)心的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)點(dian)一(yi)直(zhi)(zhi)處于(yu)端部(bu)(bu)，不(bu)(bu)管支(zhi)點(dian)在(zai)哪里，雖然底(di)座(zuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂較(jiao)短，但是(shi)(shi)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)=力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)*力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)臂，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)還是(shi)(shi)會(hui)因為(wei)底(di)座(zuo)那頭(tou)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)矩(ju)(ju)(ju)大而回(hui)復(fu)到(dao)(dao)原(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)位(wei)置(zhi)。此(ci)(ci)外(wai)(wai)(wai)，不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)底(di)部(bu)(bu)為(wei)圓形(xing)(xing)(xing)，摩擦力(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)(li)小，便(bian)于(yu)不(bu)(bu)倒(dao)(dao)(dao)(dao)翁(weng)(weng)(weng)回(hui)到(dao)(dao)原(yuan)(yuan)(yuan)來(lai)位(wei)置(zhi)。

在以上的(de)(de)(de)整(zheng)個過(guo)程(cheng)中，建立新的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)是其中主要的(de)(de)(de)問題，因為只有如此(ci)才能抵制外力(li)的(de)(de)(de)干擾(rao)(rao)，而回復原(yuan)有的(de)(de)(de)平(ping)衡(heng)則是次要問題，因為此(ci)時(shi)外力(li)的(de)(de)(de)干擾(rao)(rao)已經去除。在整(zheng)個過(guo)程(cheng)中不倒(dao)翁始終保持(chi)平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)屬性，這便是"平(ping)衡(heng)的(de)(de)(de)穩(wen)定性"。

4、力學原理

綜上所述，不倒翁不倒(dao)原理(li)的要點(dian)(dian)在(zai)于：使重(zhong)力(li)的作用線偏離支點(dian)(dian)，使重(zhong)力(li)對支點(dian)(dian)產生力(li)矩(ju)(ju)，即(ji)抵(di)抗力(li)矩(ju)(ju)。由(you)于不倒(dao)翁(weng)(weng)傾斜的角度不斷增大(da)，重(zhong)力(li)作用線的偏移量隨(sui)(sui)之增大(da)，抵(di)抗力(li)矩(ju)(ju)也隨(sui)(sui)之增大(da)，最(zui)終實(shi)現和外力(li)力(li)矩(ju)(ju)的平衡，不倒(dao)翁(weng)(weng)抵(di)抗外力(li)干擾(rao)、保(bao)持平衡的能力(li)就(jiu)是這樣(yang)形成的。