一、不倒翁為什么不倒

不倒翁之所以不會倒，一方面是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(dāng)不倒翁向一邊傾斜時，由于支點（和桌面的接觸點）發(fā)生變動，重心和支點就不再在同一條重垂線上了，這時重力的作用會使它繞支點擺動，使不倒翁恢復(fù)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，重力產(chǎn)生的擺動效果將隨著增加，使它恢復(fù)原位的趨勢也就越顯著，所以不倒翁是永遠(yuǎn)推不倒的。

用簡單點的白話來說，就是：上輕下重的物體比較穩(wěn)定，即重心越低越穩(wěn)定。所以不論不倒翁如何“跌倒”，它總會再次“爬起來”。

二、不倒翁不倒的原理和特征

1、形體結(jié)構(gòu)

不倒翁為空心殼體，重量很輕；下半身是一個實心的半球體，重量較大，不倒翁的重心就在半球體之內(nèi)。下面的半球體和支承面之間有一個接觸點，這個半球體在支承面上滾動時，接觸點的位置就要發(fā)生改變。不倒翁始終用一個接觸點站立在支承面上，它永遠(yuǎn)是一個獨腳體。

2、穩(wěn)定性

不倒翁在受到外力的作用時，就要失去平衡，而在外力去除后，不倒翁能自行回復(fù)到平衡狀態(tài)，這說明不倒翁具有一種抵抗外力干擾保持平衡的能力，這就是平衡的穩(wěn)定性。這種抵抗干擾保持平衡的能力的形成，應(yīng)該從不倒翁的受力情況來看。

3、受力情況

第一，不倒翁平衡的受力情況。不倒翁在桌面上，受到兩個外力的作用：一個是重力G，地球?qū)Σ坏刮痰奈Γ涣硪粋€是支持力，桌面對牛球體的反作用力。根據(jù)物體的平衡條件，只要這兩個力大小相等、方向相反、作用在一條直線上，不倒翁就能夠保持平衡的狀態(tài)。

第二，不倒翁傾斜的受力情況。不倒翁傾斜時受到兩個力矩的作用，我們稱外力的作用為干擾，外力形成干擾力矩；另一個叫抵抗力矩，由自身的重力形成。本來不倒翁是直立的，由于外力的作用，外力對不倒翁與制成面的接觸點產(chǎn)生力矩，使不倒翁傾斜，打破原來的平衡。此外，本來重力是不產(chǎn)生力矩的，因為本來不倒翁是直立的，重力的作用線和支點位于同一直線上，力矩為零。由于外力的作用，不倒翁傾斜，半球體向一側(cè)滾動，接觸點隨之移動，形成了新的接觸點，即形成了新的支點，此時重力的作用線和原支點不在同一直線上，因而形成力矩，這就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和發(fā)展，抵抗和制止了外力的干擾作用。抵抗力矩的方向和干擾力矩的方向正好相反，同時隨著不倒翁傾斜的角度不斷增大，重心作用線的偏移量也不斷增大，抵抗力矩的量值也不斷增大，當(dāng)?shù)挚沽氐扔诟蓴_力矩時，不倒翁就進(jìn)入新的平衡狀態(tài)--傾斜的平衡狀態(tài)，此時外力的干擾作用也就宣告停止。由此可知，不倒翁受到外力干擾后，原有的平衡破壞了，但新的平衡隨之形成，不倒翁可以接續(xù)地保持平衡，雖然平衡的方式不同，但平衡的本質(zhì)不變，這種便是動態(tài)平衡。第三，不倒翁復(fù)原的受力情況。從勢能角度考慮，勢能低的物體比較穩(wěn)定，物體一定會向著勢能低的狀態(tài)變化。當(dāng)不倒翁倒下的時候，由于集中了大部分重心的底座被抬高，造成勢能增加，所以不倒翁要回復(fù)原來的位置。從杠桿原理來說，不倒翁倒下時，重心的作用點一直處于端部，不管支點在哪里，雖然底座的力臂較短，但是力矩=力*力臂，不倒翁還是會因為底座那頭力矩大而回復(fù)到原來位置。此外，不倒翁底部為圓形，摩擦力小，便于不倒翁回到原來位置。

在以上的整個過程中，建立新的平衡是其中主要的問題，因為只有如此才能抵制外力的干擾，而回復(fù)原有的平衡則是次要問題，因為此時外力的干擾已經(jīng)去除。在整個過程中不倒翁始終保持平衡的屬性，這便是"平衡的穩(wěn)定性"。

4、力學(xué)原理

綜上所述，不倒翁不倒原理的要點在于：使重力的作用線偏離支點，使重力對支點產(chǎn)生力矩，即抵抗力矩。由于不倒翁傾斜的角度不斷增大，重力作用線的偏移量隨之增大，抵抗力矩也隨之增大，最終實現(xiàn)和外力力矩的平衡，不倒翁抵抗外力干擾、保持平衡的能力就是這樣形成的。