不倒翁為什么不倒原因是什么
不倒翁是一種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)的玩具。不倒翁是永遠(yuǎn)都不會(huì)倒的。下面小編為大家介紹不倒翁不倒的原因,感興趣的朋友們一起來(lái)看看吧!
不倒翁不倒的原因
不倒翁之所以不會(huì)倒,就是因?yàn)椴坏刮痰恼麄€(gè)身體都很輕,只是在它的底部有一個(gè)較重的東西(鉛塊或鐵塊)因此,它的重心很低.另一方面,不倒翁的底面積大而圓滑,容易擺動(dòng).當(dāng)不翁向一邊傾斜時(shí),由于支點(diǎn)(和桌面的接觸點(diǎn))發(fā)生變動(dòng),重心和支點(diǎn)就不再在同一條重垂線上了,這時(shí)重力的作用會(huì)使它繞支點(diǎn)擺動(dòng),使不倒翁恢復(fù)正常的位置.不倒翁傾斜的程度越大,支點(diǎn)離開(kāi)重心的水平距離就越大,重力產(chǎn)生的擺動(dòng)效果將隨著增加,使它恢復(fù)原位的趨勢(shì)也就越顯著,所以不倒翁是永遠(yuǎn)推不倒的.
不倒翁相關(guān)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。
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。此外,本來(lái)重力是不產(chǎn)生力矩的,因?yàn)楸緛?lái)不倒翁是直立的,重力的作用線和支點(diǎn)位于同一直線上,力矩為零。由于外力的作用,不倒翁傾斜,半球體向一側(cè)滾動(dòng),接觸點(diǎn)隨之移動(dòng),形成了新的接觸點(diǎn),即形成了新的支點(diǎn),此時(shí)重力的作用線和原支點(diǎn)不在同一直線上,因而形成力矩,這就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和發(fā)展,抵抗和制止了外力的干擾作用。抵抗力矩的方向和干擾力矩的方向正好相反,同時(shí)隨著不倒翁傾斜的角度不斷增大,重心作用線的偏移量也不斷增大,抵抗力矩的量值也不斷增大,當(dāng)?shù)挚沽氐扔诟蓴_力矩時(shí),不倒翁就進(jìn)入新的平衡狀態(tài)--傾斜的平衡狀態(tài),此時(shí)外力的干擾作用也就宣告停止。由此可知,不倒翁受到外力干擾后,原有的平衡破壞了,但新的平衡隨之形成,不倒翁可以接續(xù)地保持平衡,雖然平衡的方式不同,但平衡的本質(zhì)不變,這種便是動(dòng)態(tài)平衡。第三,不倒翁復(fù)原的受力情況。從勢(shì)能角度考慮,勢(shì)能低的物體比較穩(wěn)定,物體一定會(huì)向著勢(shì)能低的狀態(tài)變化。當(dāng)不倒翁倒下的時(shí)候,由于集中了大部分重心的底座被抬高,造成勢(shì)能增加,所以不倒翁要回復(fù)原來(lái)的位置。從杠桿原理來(lái)說(shuō),不倒翁倒下時(shí),重心的作用點(diǎn)一直處于端部,不管支點(diǎn)在哪里,雖然底座的力臂較短,但是力矩=力*力臂,不倒翁還是會(huì)因?yàn)榈鬃穷^力矩大而回復(fù)到原來(lái)位置。此外,不倒翁底部為圓形,摩擦力小,便于不倒翁回到原來(lái)位置。
在以上的整個(gè)過(guò)程中,建立新的平衡是其中主要的問(wèn)題,因?yàn)橹挥腥绱瞬拍艿种仆饬Φ母蓴_,而回復(fù)原有的平衡則是次要問(wèn)題,因?yàn)榇藭r(shí)外力的干擾已經(jīng)去除。在整個(gè)過(guò)程中不倒翁始終保持平衡的屬性,這便是"平衡的穩(wěn)定性"。
力學(xué)原理
綜上所述,這個(gè)原理的要點(diǎn)在于:使重力的作用線偏離支點(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。
不倒翁的原理介紹
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、話筒架、公共汽車站牌等。
利用重心這種特點(diǎn),還可以做許多有趣的實(shí)驗(yàn)和解釋一些現(xiàn)象。如可以做一個(gè)斤頭蟲,把一粒膠囊打開(kāi),裝入一個(gè)小滾珠,即可來(lái)回翻跟頭。我們常見(jiàn)一個(gè)盒子只放在桌上一點(diǎn),但卻不掉下去,這是因?yàn)楹凶涌孔雷拥囊活^,是"重心"所在,所以盒子懸空,但不掉下來(lái)。走鋼絲的雜技演員,手持平衡棒也是為降低重心,達(dá)到平衡的目的。一、力學(xué)原理
最常見(jiàn)的不倒翁是紙身、泥底,即用紙漿灌?;蛴脧U紙粘糊成形,再用泥土 制成半圓形的底座,將二者粘合好之后,再在外表糊上凈紙,施以彩繪而成;也有的用木頭做底,底部中心固定上鐵塊和小石子;還有用小葫蘆挖凈內(nèi)瓤,內(nèi)部灌鉛做成的"葫蘆";今天還有用雞蛋殼、舊乒乓球做成的小不倒翁。所有的這些不倒翁都有相同的特點(diǎn):上半身為空心殼體、下半身是一個(gè)實(shí)心的半球體,底部為圓形。這些特點(diǎn)使它們具有了一致的基本力學(xué)結(jié)構(gòu),都能達(dá)到“不倒”的效果。
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