不倒翁力学原理
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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;另一个叫扶正力矩(M 扶),由自身的重力形成。 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,正是由于扶正力矩 的形成和发展,抵抗和制止 了外力的干扰作用。
扶正力矩: M =W· 力偶距 =W·sinα
不倒翁在桌面上,受到两个 外力的作用:一个是重力W,即 地球对不倒翁的吸引力;另一个 是支持力,即桌面对球体的反作 用力。不倒翁在两个力作用下保 持平衡的状态。不倒翁在受到外 力的作用时,就要失去平衡,而 在外力去除后,不倒翁能自行回 复到平衡状态,这说明不倒翁具 有一种抵抗外力干扰保持平衡的 能力,这就是平衡的稳定性。
扶
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,抵抗力矩的量 值也不断增大,当抵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止。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ຫໍສະໝຸດ Baidu变,这种便是动态平衡。
不倒翁原理的应用
常见的不倒翁玩具 不倒翁式水杯 不倒翁式沙袋
西安小雁塔,历经几十次地震而不倒
汽车操控性能因不倒翁原理而提高
感悟
感谢老师为我们提供了锻炼自我的 机会,一个简简单单的力学原理在实际 生活中便有这么多应用,为我们的生活 提供了诸多便利与乐趣,这激励我要学 好物理学的基础学科,打下坚实的人生 基础,这样才能像不倒翁一样,历经挫 折而不倒,永远立于不败之地。
不倒翁的力学原理
不倒翁是一种历史悠久的玩 具,特别受到各个年代儿童们的 喜爱。最常见的不倒翁是纸身、 泥底,也有用小葫芦挖净内瓤, 内部灌铅做成的“葫芦”;今天 还有用鸡蛋壳、旧乒乓球做成的 小不倒翁。所有的这些不倒翁都 有相同的特点:上半身为空心壳 体、下半身是一个实心的半球体, 底部为圆形。这些特点使它们具 有了一致的基本力学结构,都能 达到“不倒”的效果。