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不倒翁为什么不倒的原理
不倒翁为什么不倒的设计原理 从最小势能原理出发
不倒翁的结构一般是一个上重下轻的结构，下方是一个球体。不倒翁的重心一般低于物体的几何中心。当右手拨动不倒翁，不倒翁向一边倾斜，它的重心升高。松手后，根据最小势能原理，此时不倒翁是不稳定的，它总要回到势能最小的时候，即它的初始平衡位置。这解释了为什么不倒翁总是会回到同一位置。
物体的重心越低，转动相同角度重心位置就升得越高，这也就意味着我们的手必须做更多的功。说明的物体的重心越低就越稳定，这也就是我们在上面提到的最小势能原理。
从力矩的角度出发
不倒翁静止在桌面上时，受到重力和桌面对其支持力，这两个力的作用。此时不倒翁处于受力平衡状态。当不倒翁偏转了一个角度后，重力和支持力虽然大小相等，方向相反，整个系统受力平衡;但这两个力不作用于同一直线，所以其力矩不平衡。如下图所示，支持力方向指向支点，而重力会产生一个使不倒翁逆时针旋转的力矩，这个力矩能使不倒翁转回原来的位置，直到力臂为零。 不倒翁转过的角度越大，产生力矩的力臂也越大。
而至于不倒翁为什么会来回转动，是因为物体具有转动惯性。当不倒翁逆时针转回初识平衡状态时，它不会立即停下，而是会继续转动至向左倾倒。此时重力又会产生一个相反方向的力矩，且转动越大力矩也越大，它会使不倒翁重新回到平衡位置。如此往复，不倒翁就摆动起来。 不倒翁原理的应用
人类基于不倒翁原理，发明了开发海洋时所用的单柱式平台(Spar平台)，仅凭它个人的力量就可以立于海洋之中，而不需要借助其他设备的支持，就能做到完全稳定。这是怎么做到的呢?
其实，这个平台底部是空心的。一开始，这个平台横着漂浮在海洋之上，它的重心几乎在这个圆柱平台的几何中心;然后人们通过往这个平台底部注入液态铁，或者液态金属，或者其他高密度的物质，此时平台的重心移到了非常低的位置。根据最小势能
原理，此时圆柱平台的重心最低最稳定;同时根据力矩平衡，一点微小的偏移，都会引起圆柱平台回复初始位置的转动力矩，因此spar平台可以稳定地立于海上。 根据以上原理，你可以自己制作一个不倒翁。只需要掏空一个鸡蛋，在鸡蛋底部固定一些重物，并加上一些装饰，一个不倒翁就完成了。 不倒翁寓意
有着坚强的意志、坚忍不拔的精神，象征人做事要持之以恒。不倒翁是一种古老的中国儿童玩具，供人们娱乐。提醒自己办事做人要适中，不虚不满。不倒翁也可比喻某些善于应付环境而能长期保持自己权位的人，有贬义。
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2024-03-29
