不倒翁來源于哪個朝代?發生了什么故事?原理是什么?
不倒翁原理
不倒翁是一種歷史悠久的玩具,特別受到各個年代兒童們的喜愛。清代文人魏崧在《壹是紀始》寫到:“不倒翁始于唐。”他據《唐摭言》中的記載:“盧連舉不第,賦《酒胡子》長篇以寓意,序日:‘巡觴之胡,旋轉由人。’今謂之不倒”,這便是不倒翁的最初模型。而后漸漸流傳至今,演變成為哄逗幼兒的玩具,給兒童乃至大人們增添了無窮樂趣。那么,在我們學習了大學《理論力學》之后,便可以較為確切的從力學上來分析不倒翁的原理,并了解其在日常生活生產中的相關應用。
一、力學原理
最常見的不倒翁是紙身、泥底,即用紙漿灌模或用廢紙粘糊成形,再用泥土 制成半圓形的底座,將二者粘合好之后,再在外表糊上凈紙,施以彩繪而成;也有的用木頭做底,底部中心固定上鐵塊和小石子;還有用小葫蘆挖凈內瓤,內部灌鉛做成的“葫蘆”;今天還有用雞蛋殼、舊乒乓球做成的小不倒翁。所有的這些不倒翁都有相同的特點:上半身為空心殼體、下半身是一個實心的半球體,底部為圓形。這些特點使它們具有了一致的基本力學結構,都能達到“不倒”的效果。
1.不倒翁的形體結構
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。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生改變。不倒翁始終用一個接觸點站立在支承面上,它永遠是一個獨腳體。
2.不倒翁的平衡的穩定性
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,不倒翁能自行回復到平衡狀態,這說明不倒翁具有一種抵抗外力干擾保持平衡的能力,這就是平衡的穩定性。這種抵抗干擾保持平衡的能力的形成,應該從不倒翁的受力情況來看。
3.不倒翁的受力情況有三種
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,地球對不倒翁的吸引力;另一個是支持力,桌面對牛球體的反作用力。根據物體的平衡條件,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。
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,當抵抗力矩等于干擾力矩時,不倒翁就進入新的平衡狀態——傾斜的平衡狀態,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,不倒翁可以接續地保持平衡,雖然平衡的方式不同,但平衡的本質不變,這種便是動態平衡。
第三,不倒翁復原的受力情況。從勢能角度考慮,勢能低的物體比較穩定,物體一定會向著勢能低的狀態變化。當不倒翁倒下的時候,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,而回復原有的平衡則是次要問題,因為此時外力的干擾已經去除。在整個過程中不倒翁始終保持平衡的屬性,這便是“平衡的穩定性”。
4.力學原理小結
綜上所述,這個原理的要點在于:使重力的作用線偏離支點,使重力對支點產生力矩,即抵抗力距。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。
二、不倒翁原理的應用
不倒翁力學原理在人們的生產生活中有著廣泛的應用。在建筑設計、玩具制造、生活用品、汽車結構設計以及體育健身等方面,不倒翁原理不僅帶給了人們樂趣,人們還對“上輕下重的物體因重心低而更加穩定”加以充分利用,較大的提高了各種設施的常見的不倒翁玩具 不倒翁式水杯 不倒翁式沙袋
在玩具、生活用品、體育器材方面,如上圖所示:不倒翁杯為涉及一種杯狀盛物的器皿,其特征是:上輕下重內空,加厚的圓弧形底部,重量集中于杯體底部中心,底部接觸面很小,移動時杯體可搖晃。不倒翁沙袋是一種常見的體育鍛煉器械,它依靠其鐵質材料的底盤來穩定重心,使絕大部分的重量都集中在很低的位置,上部僅為很輕的軟質泡沫或其他物質,即使受到較強的外力作用,沙袋也不會傾倒。類似的還有電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等。 西安小雁塔 汽車操控性能因不倒翁原理而提高
在建筑設計、汽車結構方面,如上圖所示:有1300年歷史的西安小雁塔,歷經幾十次地震而不倒,史載大地震曾使其3次開裂又3次復合,尤其是1556年的一次地震將其由56米的完整高度震為43米的現存高度,但是至今其塔身不傾斜,讓人驚奇。原因何在?小雁塔塔基四周直徑60米左右的地下,由外至塔基中心處的夯土層逐漸加深,中心部位是數層青石,上面用磚砌出塔基,同時地面壘了三米高的臺基,其正上方才是塔身。這使得此塔整體上好似不倒翁一般,故雖經千年而無大恙。汽車在設計制造時,通過增加底盤占整個車體重量的比例,降低汽車的重心,可以使汽車在緊急剎車或者轉彎時,保持平衡狀態,避免撞車、翻車等危及生命安全的交通事故的發生,用不倒翁原理提高了汽車的操控性能。
此外,我們在科技館看到的“錐體上滾”實驗,手持平衡棒的走鋼絲雜技演員,太極拳里面的身體半蹲姿勢等,都利用到了不倒翁原理。
三、感悟
一個簡簡單單的力學原理,就可以帶給我們這么多的創造和樂趣,在我完成這篇文章時,我深深地感受到了自然科學的力量。
學習好《理論力學》等基礎的自然科學課程,對我們今后的個人發展,乃至為推動人類社會的進步,都有著十分重要的意義。就像不倒翁一樣,我們現在學習的知識,正是不倒翁那個厚重的底座部分,底座的重量達到要求,才能使我們更高層次的學習永遠立于不敗之地。
不倒翁的來歷
早在屬于母系社會的西安半坡村遺址中曾發掘到一種提水壺。這種水壺裝水時,就會往一邊傾斜,裝滿水后則會自動立起來,非常方便于打水。到了先秦時期這種水壺演變成一種“飲器”,《荀子》中講到,孔子到魯桓公廟參觀,看見“飲器”,問是什么東西。守廟者回答:這是放在座位右邊喝酒的用具,這種用具巧妙的很:當它沒有裝酒的時候呈倒斜狀,酒裝的適中,就會立起來,而裝得太滿,又會傾倒。經孔子“點撥”之后,后人就將這種東西放在座位右邊,用來提醒自己辦事做人要適中,不虛不滿。由此也就出現“座右銘”一詞。這些東西據考證,用的都是頭輕腳重的重心原理,很可能就是不倒翁的前身。 但作為玩具的不倒翁則起源于唐朝的“酒胡子”。“酒胡子”不倒翁是用紙糊的,中間空、底下實,將它左右搖擺但不倒象個醉漢,是用來譏諷和勸戒少喝酒的,以免醉成“酒胡子”。 那么為何酒胡子的醉人形象后來竟成了老翁形象,則沒有文字記載,可能是老人容易跌倒的緣故吧。由于不倒翁扳倒后能自動豎立起來,我國民間又有叫他“撥不倒”或“扳不倒兒”。而在英文中的名字卻叫“中國翻轉者”,這表明這個玩具原來是可以翻轉的,而且是中國發明的。 不倒翁除了紙糊的以外,還有用泥土、木頭制作的。后來義發展到陶制、瓷制和塑料制品,除了老翁形象外,也有制成童子等造型的。 那么不倒翁為什么不會倒呢?一方面因為它上輕下重,底部有一個較重的鐵塊,所以重心很低;另一方面,不倒翁的底面大而圓滑,當它向一邊傾斜時,它的重心和桌面的接觸點不在同一條鉛垂線上,重力作用會使它向另外一邊擺動。比如,當不倒翁向左倒時,重心和重力作用線在接觸點的右邊,在重力作用下,不倒翁就又向右倒。當倒向右邊時,重心和重力作用線又跑到接觸點左邊,迫使不倒翁再向左倒。不倒翁就是這樣擺過來,又擺過去,直到因為摩擦和空氣阻力,能量逐漸損失,減少到零時,重力作用線恰好通過接觸點,它才不會繼續擺動。
不倒翁多少錢一臺?
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不倒翁原理是什么?
不倒翁原理 上輕下重的物體比較穩定,也就是說重心越低越穩定。當不倒翁在豎立狀態處于平衡時,重心和接觸點的距離最小,即重心最低。偏離平衡位置后,重心總是升高的。因此,這種狀態的平衡是穩定平衡。所以不倒翁無論如何搖擺,總是不倒的。再比如像我們在科技館看到的“錐體上滾”實驗,也是這個道理,由于錐體的形狀和兩邊軌道的形狀,使它的重心在下降,但看起來好像在上升,向上滾與生活中的事實不符合。但它只是一種假像,看到它的本質,還是重心降低了,因此重心越低越穩定。在生活中為增加物體的穩定性,我們常采用加重下面的重量,如電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等。 利用重心這種特點,還可以做許多有趣的實驗和解釋一些現象。如可以做一個斤頭蟲,把一粒膠囊打開,裝入一個小滾珠,即可來回翻跟頭。我們常見一個盒子只放在桌上一點,但卻不掉下去,這是因為盒子靠桌子的一頭,是“重心”所在,所以盒子懸空,但不掉下來。走鋼絲的雜技演員,手持平衡棒也是為降低重心,達到平衡的目的。 不倒翁的自制方法:選用球形塑料中藥丸的包裝盒,這種盒可以從中間打開,正好是兩個半球。在一個半球內放入適量的橡皮泥或濕膠泥,成為不倒翁的底部,在另一個半球外粘一個圓錐形的帽子,成為不倒翁上部。將兩個半球扣合后,畫上面部,就制成了。
不倒翁的原理和制作方法。(通俗易懂)
不倒翁原理
1.勢能低的物體比較穩定,物體一定會向著勢能低的狀態變化。
當不倒翁倒下的時候,由于集中了大部分重心的底座被抬高,造成勢能增加,所以不倒翁要回復原來的位置。
2.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到原來位置。
3.還有就是底部為圓形,摩擦力小,便于不倒翁回到原來位置。
做不倒翁要看你用什么材料,如果是用蛋殼,就要把蛋的小頭和背面打孔背面的孔稍大點并將里面的膜弄破,然后從小頭的孔吹氣,把蛋都吹出來,把蛋殼洗干凈弄干,可以用電吹風吹干。然后放一些小鋼珠(修自行車或者五金店里有賣)進蛋殼里(當然是從大一點的孔放進去),小鋼珠的量大約是蛋的體積的五分之一左右,量少了不倒翁不能站立,多試幾次,慢慢加,加到你滿意為止;也可以用小石頭、砂子代替小鋼珠,小鋼珠重量大,效果好。
小鋼珠放進蛋殼后,將蛋殼豎立放好并固定,然后把502膠水(要用大瓶的,小瓶不夠用)滴進去,使小鋼珠和蛋殼粘在一起,膠水干后,就OK了。然后就是做些美化工作就行了。
如果不倒翁倒后不能站立或者站立得很慢,說明鋼珠少了,需要再加些并用膠水粘好。小鋼珠的量千萬別超過蛋殼體積的三分之一,否則永遠站不起來了。再一個就是小鋼珠要粘在蛋殼底部,別粘歪了,否則就要變成斜不倒翁了
不倒翁的制作原理(物理)詳細一點~!
物體的穩態有幾種情況 其中重心離接觸面最近時是最穩的,所謂不倒翁就是利用這個,他通過設計是正立是接觸點剛好離離重心最近.
一個公公精神好,從早到晚不睡覺,身體雖小力氣大,千人萬人推不倒,這是什么東西
不倒翁.是一種古老的漢族兒童玩具,最早記載出現于唐代.形狀像人而在造形和重量上制成一經觸動就搖擺然后恢復直立狀態.
什么品牌不倒翁沙袋最好
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不倒翁怎么做
玩具不倒翁的制作:
將雞蛋殼的一段,開個小孔,塞進口香糖的殘渣,讓其能夠直立。再在上半部畫上眉毛、眼睛、嘴巴,就成了一只不倒翁。
做不倒翁要看你用什么材料,如果是用蛋殼,就要把蛋的小頭和背面打孔背面的孔稍大點并將里面的膜弄破,然后從小頭的孔吹氣,把蛋都吹出來,把蛋殼洗干凈弄干,可以用電吹風吹干。然后放一些小鋼珠(修自行車或者五金店里有賣)進蛋殼里(當然是從大一點的孔放進去),小鋼珠的量大約是蛋的體積的五分之一左右,量少了不倒翁不能站立,多試幾次,慢慢加,加到你滿意為止;也可以用小石頭、砂子代替小鋼珠,小鋼珠重量大,效果好。
小鋼珠放進蛋殼后,將蛋殼豎立放好并固定,然后把502膠水(要用大瓶的,小瓶不夠用)滴進去,使小鋼珠和蛋殼粘在一起,膠水干后,就OK了。然后就是做些美化工作就行了。
如果不倒翁倒后不能站立或者站立得很慢,說明鋼珠少了,需要再加些并用膠水粘好。小鋼珠的量千萬別超過蛋殼體積的三分之一,否則永遠站不起來了。再一個就是小鋼珠要粘在蛋殼底部,別粘歪了,否則就要變成斜不倒翁了
不倒翁的原理
它的重心比較低.當你將它傾斜以后,它的重力與它的著地點之間就產生了一個力矩,由于這個力矩的作用,使不倒翁要恢復原來的狀態,所以不倒翁就不停地搖擺起來,就是不會倒下去.所以,重心一低,穩度也就大大地提高了 1.勢能低的物體比較穩定,物體一定會向著勢能低的狀態變化. 當不倒翁倒下的時候,由于集中了大部分重心的底座被抬高,造成勢能增加,所以不倒翁要回復原來的位置. 2.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到原來位置. 3.還有就是底部為圓形,摩擦力小,便于不倒翁回到原來位置