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新編十萬個為什麼?(10)[物理篇I]

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※不倒翁為什麼不會倒?



大家都有這樣的經驗:平放的磚頭很穩定,直立者的磚頭卻容易翻倒。裝著水的瓶子比空瓶來得穩,如果瓶裡裝上四分之一的水銀(水銀比水重13.6倍,它是最重的液體),那麼就更穩定了。


從這些事例來看,要使一個東西穩定、不會翻倒,需要滿足兩個條件:它的底面積要大,重量要盡可能集中在底部,也就是說重心要低。物體的重心可以視為重量的中心,是物體所受重力的作用點。


對所有物體來說,如果它的底面積越大,重心越低,那麼,它就越穩定,越不容易翻倒。例如,塔形建築物總是下面大,上面尖;裝運貨物時,總是把重的東西放在下面才能平穩。


不倒翁所以不會倒,就是它恰好符合了上面的條件。因為不倒翁的整個身體都很輕,只是在它的底部有一個較重的東西──鉛塊或鐵塊,因此它的重心很低。


另一方面,不倒翁的底面積大而圓滑,容易擺動。當不倒翁向一邊輕側時,由於支點(和桌面的接觸點)發生變動,重心和支點就不再在同一條鉛垂線上,這時候重力的作用會使它繞支點擺動,使不倒翁恢復正常的位置。不倒翁傾斜的程度越大,支點離開重心的水平距離就越大,重量產生的擺動效能將隨著增加,使它恢復原位的趨勢也就越顯著,所以不倒翁是永遠推不倒的。


兵乓球、足球、籃球等球形物體到處可以靜止,這是因為它們的重心和支點始終在同一條鉛垂線上,而且重心的高度不變。物體的這種狀態我們稱隨遇平衡。


橫放著的鉛筆,也是一種隨遇平衡,因為重心的高度是不變的。

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