“—位公公精神好,从小到老不睡觉。身体轻,劲不小,左推右推推不倒。”你知道这个谜语的谜底吗?是的,它就是不倒翁。那么,为什么不倒翁不会倒呢?
其实,不倒翁的原理涉及一个很常见也很实用的物理知识:怎样才能保持物体的平衡?
静止不动的台灯或者桌子,在物理学上,我们认为它们是平衡的。同样地,竖在桌子上的一本书和静止的不倒翁也是处于平衡状态中的,然而,我们轻轻推一下竖着的书本,它“啪”的一声就会倒下,而我们推一下不倒翁,它却能很快站起来。
这就告诉我们:同样是平衡状态,也是有区别的。如果一个物体站在那里,轻轻—碰就会倒下,这叫作不稳定平衡;如果推一下,物体能够很快重新站起来,这叫稳定平衡。
不倒翁之所以能够建立稳定平衡,是因为在它的肚子底下藏着一个大泥坨。这个大泥坨使得不倒翁与桌子之间形成了一个很大的支撑面,也让不倒翁的重心降得非常低,因此便特别稳定,推倒之后还能自己站起来。
而竖立的书本之所以—碰就倒,是因为它的支持面很小,重心又比较高。
所以说,我们看一个物体是否稳定,需要从两个方面着手:—是物体支撑面的大小,二是物体重心的高低。
在数千年以前,中国人就懂得了不倒翁的原理。在西安半坡村母系氏族社会遗址中曾发掘到—种提水壶。这种水壶装水时会往一边倾斜,装满水后则会自动立起来,非常方便于打水。
到了先秦时期,这种水壶演变成一种“饮器”,《荀子》中讲到,孔子到鲁桓公庙参观,看见“饮器”,问是什么东西。守庙者回答:这是一种喝酒的用具,当它没有装酒的时候呈倾斜状,酒装得适中,就会立起来,而装得太满,又会倾倒。经孔子“点拨”之后,后人将这种东西放在座位右边,用来提醒自己办事做人要适中,不虚不满。由此也就出现了“座右铭”—词。
据考证,这些用具用的都是头轻脚重的重心原理,也就是不倒翁的前身。
(作者:王平辉)