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2026-04-07

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  第二,不倒翁倾斜的受力状况。不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用,我们称外力的.作用为干扰,外力形成干扰力矩;另一个叫反抗力矩,由自身的重力形成。原来不倒翁是直立的,由于外力的作用,外力对不倒翁与制成面的接触点产生力矩,使不倒翁倾斜,打破本来的平衡。此外,原来重力是不产生力矩的,因为原来不倒翁是直立的,重力的作用线和支点位于同向来线上,力矩为零。由于外力的作用,不倒翁倾斜,半球体向一侧滚动,接触点随之移动,形成了新的接触点,即形成了新的支点,此时重力的作用线和原支点不在同向来线上,因此形成力矩,这就是反抗力矩。正是由于反抗力矩的形成和进展,反抗和禁止了外力的干扰作用。反抗力矩的方向和干扰力矩的方向正巧相反,同时随着不倒翁倾斜的角度不断增大,重心作用线的偏移量也不断增大,反抗力矩的量值也不断增大,当反抗力矩等于干扰力矩时,不倒翁就进入新的平衡状态倾斜的平衡状态,此时外力的干扰作用也就宣告停顿。由此可知,不倒翁受到外力干扰后,原有的平衡破坏了,但新的平衡随之形成,不倒翁可以接续地保持平衡,虽然平衡的方式不同,但平衡的本质不变,这种便是动态平衡。

  第三,不倒翁还原的受力状况。从势能角度考虑,势能低的物体比拟稳定,物体肯定会向着势能低的状态改变。当不倒翁倒下的时候,由于集中了大局部重心的底座被抬高,造成势能增加,所以不倒翁要回还原来的位置。从杠杆原理来说,不倒翁倒下时,重心的作用点向来处于端部,不论支点在哪里,虽然底座的力臂较短,但是力矩=力*力臂,不倒翁还是会因为底座那头力矩大而回复到本来位置。此外,不倒翁底部为圆形,摩擦力小,便于不倒翁回到本来位置。

  在建造设计、汽车构造方面,如上图所示:有1300年历史的西安小雁塔,历经几十次地震而不倒,史载大地震曾使其3次开裂又3次复合,尤其是1556年的一次地震将其由56米的完好高度震为43米的现存高度,但是至今其塔身不倾斜,让人奇怪。缘由何在?小雁塔塔基周围直径60米左右的地下,由外至塔基中心处的夯土层逐渐加深,中心部位是数层青石,上面用砖砌出塔基,同时地面垒了三米高的台基,其正上方才是塔身。这使得此塔整体上好像不倒翁普通,故虽经千年而无大恙。汽车在设计制造时,通过增加底盘占整个车体分量的比例,降低汽车的重心,可以使汽车在紧张刹车或者转弯时,保持平衡状态,避开撞车、翻车等危及生命〔平安〕的交通事故的发生,用不倒翁原理提高了汽车的操控性能。

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