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不倒翁为什么不倒呢?

不倒翁为什么不倒呢?

书名:令人着迷的物理作者名:左卷健男本章字数:994更新时间:2024-06-14 14:09:32

我们把不倒翁放倒,然后松开手,不倒翁会立即“屁股”朝下再立起来。一开始它会剧烈地左右摇摆,慢慢地,摇摆的幅度会变小,继而恢复到原来静止的状态。

不倒翁的重心明明在支点的上方却不倒

不倒翁和与次郎人偶一样,将它们放平以后,它们会晃晃悠悠地再回到原来的站立姿势。

只有一只“脚”的与次郎人偶之所以不倒,是因为它的重心在支撑重量的“脚尖”的正下方。而放在桌子上的不倒翁,是它的底部支持着它的整个身体。它的底部像碗一样圆溜溜的,接触桌子的部分只有一个点,这个点就是支点。重心在不倒翁的内部,也就是在支点之上。

明明重心在支点的上面,不倒翁却不会倒。这是为什么呢?

不倒翁的特点

我们拿一个不倒翁放在手里好好地看一看吧。它的底部是半球形的。你们有没有感觉到它的底部有点沉呢?用透明胶带将绳子与不倒翁粘在一起,利用绳子吊起水平放倒的不倒翁,来观察一下不倒翁水平放倒后平衡状态下的位置。你会发现不倒翁的重心在吊起它的线绳的正下方,而且不倒翁的重心比它直立时的中心要低得多。

底部是半球形的,重心接近底部,这些貌似都是不倒翁的特点呢。

不倒翁重心的位置比底部的球心还要低

A和B两个玩具虽然底部都是半球形的,但是高度不同,A矮,B高。高一些的B,其重心也会比A的重心高。

无论是A还是B,在直立的时候,支点都在重心的正下方。

下面,我们试着让它们都向右倾斜,来看一看有什么变化。可以发现,它们两个的支点都移动了。

重心比较低的A,此时其重心在支点的左侧,以支点为中心向左旋转的力发挥着作用。所以,倾斜着的A又会回到原来的竖直状态。

重心比较高的B,与A相反,此时其重心在支点右侧,以支点为中心向右旋转的力发挥着作用。所以,B会继续旋转着倒下。

倾斜的时候,如果重心相对于支点的移动方向与倾斜的方向相反的话,玩具就会比较稳定,不会倒下。相反,如果重心相对于支点的移动方向与倾斜的方向相同的话,玩具就不稳定,会倒下去。那么,倾斜的时候,重心相对于支点往哪个方向移动是由什么来决定的呢?

可以看出在倾斜的时候这两个玩具是会旋转的。旋转的轴心,就是半球形底部的球心。若重心比球心的位置低,则重心相对于支点的移动方向会与旋转方向相反;如果重心比球心的位置高,则重心相对于支点的移动方向会与旋转方向相同。

因为不倒翁的重心比半球形底部的球心的位置低,所以它是稳定的,即使被放倒也会重新立起来。如果重心比球心的位置还要高的话,那么不倒翁就会倒下去呢。