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，由於集中了大部分重量的底座被抬高，造成不倒翁勢能增加，所以不倒翁要回復原來的位置。

2.從槓桿原理來說，不倒翁倒下時，重心的作用點一直處於端部，不管支點在哪裡，雖然底座的力臂較短，但是力矩＝力＊力臂，而頭部的重量遠小於底部，不倒翁還是會因為底座那頭力矩大而回復到原來位置。

3.不倒翁底部多為圓形，摩擦力小，便於不倒翁回到原來位置。

具體應用：

1.最直接的就是不倒翁玩具啦

2.運用重心低更穩定的有電扇底座、話筒架、公共汽車站牌等

3.較著名的有西安小雁塔，

有1300年曆史的西安小雁塔，歷經幾十次地震而不倒，史載大地震曾使其3次開裂又3次複合。其“不倒”就是因為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。（保證其重心在下）

4.有科技感的應用：

2011年，設計師Jeremy Hopkins設計的諾基亞“不倒翁”概念手機——Nokia Kinetic。

將Kinetic手機放在桌子上時，它會自然地保持一個傾斜著站立的姿勢，看電影時很方便。此外，當有來電、簡訊或電子郵件通知時，其除了會發布傳統的鈴聲和震動通知外，該手機還可以從平躺狀態立起來，甚至還還會自動搖擺提示使用者。

手機收到來電後會不停上下襬動，而使用者只需輕拍一下手機，手機即可停止擺動，同時來電也會被拒接。

這是個非常有趣的問題。這個小玩具裡面其實有大學問，推而廣之還有大智慧！

不倒翁的原理涉及幾個重要的科學概念，需要預先做個說明。

重心：在重力場中（簡單來說就是地球對有質量的物體的吸引作用），組成物體的所有質點都會受到一個重力的作用（姑且稱為單位重力），所有單位重力的合力（向量和，此處數值大小與代數和相等）的作用點。物體處於任何方位時，所有各組成質點的重力的合力都透過的重心這一點。

經常與重心牽扯不清的還有另外一個概念：質心！

質心，質量中心的簡稱，是假設物體所有的質量集中於此的一個假想點。它是基於等效原理提出的一個概念。即：組成這個物體所有分散質量點單獨作用的效果與所有質量點集中在質心處所受的效果等效。質心處的質量等於質點系的總質量，而該質點上的作用力則等於作用於質點繫上的所有外力平移 到這一點後的向量和 。

重心一定要在重力場中才有意義。質心不一定要在有重力場的系統中。除非重力場是均勻的，否則同一物質系統的質心與重心通常不在同一假想點上。質量均勻的物體重心與質心重合，質量不均勻的物體重心與質心不在同一點上。此時，重心的位置除跟物體的形狀有關外，還跟物體內質量的分佈有關。但不管物體質量是否均勻，一旦物體形狀確定或者說是剛體（不會變形，不管是彈性變形還是塑性變形），重心在物體上的相對位置是固定不變的。

而所有的不倒翁要真正的“不倒”一定是質量分佈不均勻的，即所謂的頭輕腳重。如果頭重腳輕一定會跌跟頭！

重心越低，勢能就越小，物體的穩定性越好。

下面我們基於基本的力學原理來對不倒翁進行分析。

CASE 1：如圖所示，重心、轉動中心（不倒翁的球心）和支點三點共線，且重心在轉動中心上方。

這時重力G、地面對不倒翁的支撐力N大小相等、方向相反，且在同一條直線上。由力學基本原理，不倒翁受力平衡，物體處於穩定狀態。只是這種情況下，重心過高（在轉動中心上方），物體受力處於臨界平衡，是一種亞穩定狀態。這種情況下的物體穩定性很差，稍稍的一點震動即可破壞原有的穩定。

CASE 2：如圖所示，重心、轉動中心（不倒翁的球心）和支點不在同一條直線上，且重心在轉動中心上方。

這時重力G、地面對不倒翁的支撐力N大小相等、方向相反，但不在同一條直線上，形成一對力偶。由力學基本原理，不倒翁會在力偶矩的作用下發生轉動，直到重心運動到轉動中心的下方，且與轉動中心和支點三點共線為止。

綜上，只要重心在轉動中心的上方，物體勢能大，物體要麼處於亞穩定狀態要麼就不穩定，要發生翻轉，降低勢能，最終到達穩定。

CASE 3：如圖所示，重心、轉動中心（不倒翁的球心）和支點三點共線，且重心在轉動中心下方。

這時重力G、地面對不倒翁的支撐力N大小相等、方向相反，且在同一條直線上。由力學基本原理，不倒翁受力平衡，物體處於穩定狀態。這種情況下，重心低（在轉動中心下方），勢能低，物體受力處於平衡，且重心與支點相距越近，穩定狀況越好。這種情況是一種很好的穩定狀態。

CASE 4：如圖所示，重心、轉動中心（不倒翁的球心）和支點不在同一條直線上，且重心在轉動中心下方。

這時重力G、地面對不倒翁的支撐力N大小相等、方向相反，但不在同一條直線上，形成一對力偶。由力學基本原理，不倒翁會在力偶矩的作用下發生轉動，形成類似於鐘擺的形態。理論上不倒翁會不停的擺動，不斷的發生勢能與動能的轉換。但由於不倒翁會與地面有摩擦，會消耗能量，所以最終不倒翁能停下來，到達穩定狀態。此時重心與轉動中心和支點三點共線，且在轉動中心下方。

綜上，只要重心在轉動中心（球心）的下方，不倒翁即能到達穩定，實現“不倒”，反之，則是“倒翁！”

生活中只要你留意，就會發現很多利用降低重心來增加穩定性的事例。比如，汽車在設計製造時，透過增加底盤佔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，避免翻車。轎車比越野車底盤低（重心低），所以轎車比越野車穩定性好，跑山路急轉彎時不易翻車；又比如，手持平衡棒的走鋼絲雜技演員，太極拳裡面的身體半蹲姿勢等，都是利用不倒翁原理。

至於說不倒翁理論上能做多大，從上面的分析，我們可知只要你支撐的平面夠大，不倒翁下方的球體半徑夠大，透過配重，讓重心處於轉動中心（球心）下方，那樣這個不倒翁你想做多大就可以做多大，就是這麼任性！

不倒翁是根據平衡的穩定性製作的。

在重力和支援力作用下處於平衡的物體,在稍微偏離平衡位置之後,如果重心升高,平衡就是穩定平衡;如果重心降低,平衡就是不穩平衡;如果重心的高度不變,平衡就是隨遇平衡。

不倒翁偏離平衡位置之後，它的重心變高，水往低處流嘛！那它就要回到初始的位置。

理論上講，只要能保證搬倒後重心是升高的，那你想做多大做多大。

圖6-16表示放在凹面底部、凸面頂部和平面上的小球,它們所受的重力和支援力大小相等方向相反,都處在平衡位置.前面說過,各種各樣的偶然因素會使物體稍微偏離平衡位置,使平衡遭到破壞.我們研究平衡是否穩定,就是要看平衡遭到破壞之後,物體是否能夠回到原來的平衡位置.放在凹面底部的小球稍微偏離平衡位置之後,小球的重心升高,重力和支援力不再保持平衡,重力的作用是使小球回到平衡位置,恢復平衡.從圖6-16看出,這時重力和支援力的合力是指向平衡位置的這種平衡叫做穩定平衡.放在凸面頂部的小球稍微偏離平衡位置之後,小球的重心降低,重力和支援力也不再保持平衡,重力的作用是使小球繼續遠離原來的位置而不能恢復平衡.從圖6-16看出,這時重力和支援力的合力是指向遠離平衡位置的方向的這種平衡其實很難實現,叫做不穩平衡平面上的小球偏離原來的位置之後,重心的高度不變,重力和支援力依然保持平衡,也就是說,小球在平面的任何位置都能平衡這種平衡叫做隨遇平衡.

圖6-17表示有支軸的物體的三種平衡情況.在這三種情況中重力的作用線都透過支軸,力矩為零,物體都處於平衡位置在第一種情形裡,物體的重心在支軸的正下方,物體稍微偏離平衡位置之後,重心升高,重力的力矩將使物體回到原來的位置,恢復平衡,因而屬於穩定平衡.在第種情形裡,物體的重心在支軸的正上方,稍微偏離平衡位置之後,重心降低,重力的力矩將使物體繼續遠離原來的位置而不能恢復平衡.這種平衡也很難實現,屬於不穩平衡在第三種情形裡,物體的重心就在支軸上,物體偏離原來的位置之後,重心的高度不變,重力的力矩仍舊為零,物體在任何位置都能平衡因而屬於隨遇平衡。

以上內容參考了舊高中物理教材。