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不倒翁为什么不倒的原理用力学分析

2023-12-13 08:51:08 来源:国外网站推荐 - 由[国外网站大全]整理

  球形的底面和偏向底面的重心。以球为例,自由地放在水平面上时,只受水平面的支持力和重力两个力作用,只有当这两个力平衡时,球才能静止不动。

  二力平衡的条件是:作用在一个物体上的两个力,大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上。

  不管球如何放置,支持力的作用线一定在过球心的竖直线上。如果重心偏离球心,则重心到球面上各点的距离中,最远和最近的点,分别是重心和球心所在直径的两端。到与重心同侧的端点最近,到与重心异侧的端点最远。

  并且,只有这两个端点接触水平面时,重力的作用线才能与支持力的作用线在一条直线上,只要不是这两个点接触水平面,支持力与重力的作用线就不能在一条直线上,即二力就不能平衡,球就不能静止。

  另外,如果远离重心的端点接触水平面,是不稳定平衡,稍有扰动就失去平衡,而靠近重心的端点接触水平面是稳定平衡,即使受到扰动失去平衡,也能自动回复到原来的状态。

  说到家,不倒翁就是这样一个重心偏向一侧的球,为了形象生动,往往将远离重心的一侧制成人形或其他动物形,这样,这一端距离重心更远,如果将其接触水平面更不可能平衡,所以,不倒翁静止时,总能保持这一端向上(不倒)。

  不管你怎样推不倒翁,它都不会翻倒,即使把它横过来放,一松手它还是立起来。原来,水平放置的砖头很稳定,但如果把它竖起来,就容易翻倒。这是因为砖头平放 时, 接触地面的面积大, 大部分重量集中在底部。

  换句话说, 平放时砖头的重心较低, 不容易翻倒。 不倒翁之所以不倒是因为:一方面它上轻下重,底部有较重的铁块,重心很低;另一方面, 它的底面大而圆滑, 当它倾斜向一边时, 重心和桌面接触点不在同一条铅垂线上, 在重力的作用下就会使它摆动。摆动过程中能量会不断失去,当能量减少到零,重力作用线恰好通过接触点时,它才停止摆动。


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