不倒翁是孩子們非常學(xué)會的玩具，因為它怎么玩都不會倒，那么你知道為什么不倒翁不倒嗎?下面是小編給大家?guī)淼牟坏刮虨槭裁床坏沟脑O(shè)計原理，歡迎大家閱讀轉(zhuǎn)發(fā)!

不倒翁為什么不倒的設(shè)計原理

從最小勢能原理出發(fā)

不倒翁的結(jié)構(gòu)一般是一個上重下輕的結(jié)構(gòu)，下方是一個球體。不倒翁的重心一般低于物體的幾何中心。當(dāng)右手撥動不倒翁，不倒翁向一邊傾斜，它的重心升高。松手后，根據(jù)最小勢能原理，此時不倒翁是不穩(wěn)定的，它總要回到勢能最小的時候，即它的初始平衡位置。這解釋了為什么不倒翁總是會回到同一位置。

物體的重心越低，轉(zhuǎn)動相同角度重心位置就升得越高，這也就意味著我們的手必須做更多的功。說明的物體的重心越低就越穩(wěn)定，這也就是我們在上面提到的最小勢能原理。

從力矩的角度出發(fā)

不倒翁靜止在桌面上時，受到重力和桌面對其支持力，這兩個力的作用。此時不倒翁處于受力平衡狀態(tài)。當(dāng)不倒翁偏轉(zhuǎn)了一個角度后，重力和支持力雖然大小相等，方向相反，整個系統(tǒng)受力平衡;但這兩個力不作用于同一直線，所以其力矩不平衡。如下圖所示，支持力方向指向支點，而重力會產(chǎn)生一個使不倒翁逆時針旋轉(zhuǎn)的力矩，這個力矩能使不倒翁轉(zhuǎn)回原來的位置，直到力臂為零。

不倒翁轉(zhuǎn)過的角度越大，產(chǎn)生力矩的力臂也越大。

而至于不倒翁為什么會來回轉(zhuǎn)動，是因為物體具有轉(zhuǎn)動慣性。當(dāng)不倒翁逆時針轉(zhuǎn)回初識平衡狀態(tài)時，它不會立即停下，而是會繼續(xù)轉(zhuǎn)動至向左傾倒。此時重力又會產(chǎn)生一個相反方向的力矩，且轉(zhuǎn)動越大力矩也越大，它會使不倒翁重新回到平衡位置。如此往復(fù)，不倒翁就擺動起來。

不倒翁原理的應(yīng)用

人類基于不倒翁原理，發(fā)明了開發(fā)海洋時所用的單柱式平臺(Spar平臺)，僅憑它個人的力量就可以立于海洋之中，而不需要借助其他設(shè)備的支持，就能做到完全穩(wěn)定。這是怎么做到的呢?

其實，這個平臺底部是空心的。一開始，這個平臺橫著漂浮在海洋之上，它的重心幾乎在這個圓柱平臺的幾何中心;然后人們通過往這個平臺底部注入液態(tài)鐵，或者液態(tài)金屬，或者其他高密度的物質(zhì)，此時平臺的重心移到了非常低的位置。根據(jù)最小勢能原理，此時圓柱平臺的重心最低最穩(wěn)定;同時根據(jù)力矩平衡，一點微小的偏移，都會引起圓柱平臺回復(fù)初始位置的轉(zhuǎn)動力矩，因此spar平臺可以穩(wěn)定地立于海上。

根據(jù)以上原理，你可以自己制作一個不倒翁。只需要掏空一個雞蛋，在雞蛋底部固定一些重物，并加上一些裝飾，一個不倒翁就完成了。

不倒翁寓意

有著堅強的意志、堅忍不拔的精神，象征人做事要持之以恒。不倒翁是一種古老的中國兒童玩具，供人們娛樂。提醒自己辦事做人要適中，不虛不滿。不倒翁也可比喻某些善于應(yīng)付環(huán)境而能長期保持自己權(quán)位的人，有貶義。