不倒翁是一种独具特色的小玩具，非常遭受每个时代少年儿童们的钟爱。清朝文人墨客魏崧在《壹是纪始》提到：“不倒翁起源于唐。”他据《唐摭言》中的记述：“卢连举不第，赋《酒胡须》长篇小说以喻意，序日：‘巡觞之胡，转动由人。’今即是不倒”，这就是不倒翁的最开始实体模型。然后逐渐广为流传迄今，演化变成哄逗儿童的小玩具，给少年儿童甚至大大家增加了无穷乐趣。那麼,人们学了《工程力学》以后，来比较准确的从结构力学上去剖析不倒翁的基本原理，并掌握其在生活起居生产制造中的有关运用。

结构力学基本原理

最普遍的不倒翁是纸身、泥底，即用木浆灌模或用废旧纸张粘糊成型，再用土壤做成半圆型的基座，将二者黏合好以后，再在表面糊上净纸，施以绘彩而成；也是的用木材做底，底端核心固定不动上物件压住和碎石子；也有用小葫芦挖净内瓤，內部灌铅制成的“胡芦”；今日也有用蛋壳、旧乒乓球赛制成的小不倒翁。全部的这种不倒翁常有同样的特性：上身为中空罩壳、下身是一个实芯的半球体，底端为环形。这种特性使他们具备了一致的基础结构力学构造，都能做到“不倒”的实际效果。

1．不倒翁的型体构造

 不倒翁上身为中空罩壳，净重变轻；下身是一个实芯的半球体，净重很大，不倒翁的重心点就在半球体以内。下边的半球体和支撑板面中间有一个触点，这一半球体在支撑板表面翻转时，触点的部位还要产生更改。不倒翁自始至终用一个触点站起在支撑板表面，它始终是一个独脚体。

2．不倒翁的均衡的可靠性

　　不倒翁在遭受外力作用的功效时，还要失去平衡，而在外力作用除去后，不倒翁能自主回应到均衡情况，这表明不倒翁具备一种抵御外力作用干挠保持稳定的工作能力，这就是说均衡的可靠性。这类抵御干挠保持稳定的工作能力的产生，应当从不倒翁的受压状况看来。

3．不倒翁的受压状况有三种

    ①不倒翁均衡的受压状况。不倒翁在桌面，遭受2个外力作用的功效：一个是作用力G，宇宙对不倒翁的诱惑力；另一个是支持力，桌面上对底边半球体的反作用力。依据物块的平衡条件，要是这2个力尺寸相同、方位反过来、功效在一条平行线上，不倒翁就可以保持稳定的情况。

*假定受外力作用时，不倒翁重心点为O，触点为C，作用力为G，歪斜了α视角，F到C点间距为m，AO,OC各自为l和d 。

②不倒翁歪斜的受压状况：

当不倒翁遭受外力作用时，外力作用造成的干挠扭矩，作用力产生一个抵御扭矩

干挠扭矩为：M1=F*m

抵御扭矩为：M2=Gcosθ*d

这时2个扭矩方位反过来，且随之不倒翁歪斜的视角α持续扩大，作用力功效线G的偏移也持续扩大，抵御扭矩M2即Gcosθ*d的值也持续扩大，当抵御扭矩M2相当于干挠扭矩M1时，不倒翁就进到新的均衡情况——歪斜的均衡情况，这时外力作用的干挠功效也就宣布终止。由此可见，不倒翁遭受外力作用干挠后，原来的均衡损坏了，但新的均衡随着产生，不倒翁能够延续地保持稳定，尽管均衡的方法不一样，但均衡的实质不会改变，这类就是稳定平衡。这时不倒翁不倒。

③不倒翁还原的受压状况：

不倒翁还原的受压状况。

（1）从重力势能视角考虑到，重力势能低的物块相对稳定，物块一定会朝着重力势能低的情况转变。当不倒翁倒地的那时候，因为集中化了绝大多数重心点的基座被拉高，导致重力势能提升，因此不倒翁要回应原先的部位。

（2）从杠杆作用而言，不倒翁倒地时，重心点的支持力一直处在梁端，无论支撑点在哪儿，尽管基座的力臂较短，可是扭矩＝力＊力臂，不倒翁还会由于基座那头扭矩大而回应到原先部位。如本例中，除掉外力作用后仍有扭矩M2，扭矩M2促使不倒翁修复到一开始的平衡位置。

（3）不倒翁底端为环形，滑动摩擦力小，有利于不倒翁返回原先部位。

在左右的全过程中，创建新的均衡是在其中关键的难题，由于只能这般才可以遏制外力作用的干挠，而回应原来的均衡则是主次难题，由于这时外力作用的干挠早已除去。在全过程中不倒翁自始至终保持稳定的特性，这就是“均衡的可靠性”。

4．结构力学基本原理总结

　　总的来说，这一基本原理的关键点取决于：使作用力的功效线偏移支撑点，使作用力对支撑点造成扭矩，即抵抗能力距。因为不倒翁歪斜的视角持续扩大，作用力功效线的偏移随着扩大，抵御扭矩随之扩大，最后保持和外力作用扭矩的均衡，不倒翁抵御外力作用干挠、保持稳定的工作能力就这样产生的。

三不倒翁原理的运用

不倒翁结构力学基本原理在大家的生产制造日常生活拥有普遍的运用。在建筑规划设计、小玩具生产制造、日常生活用品、小车总体设计及其体育健身等层面，不倒翁原理不但带来了大家快乐，大家还对“上轻下重的物块因重心点低而更为平稳”多方面灵活运用，很大的提升了各种各样设备的安全系数。

不倒翁式杯子：不倒翁杯为涉及到一种杯状盛物的容器，其特点是：上轻下重内空，加厚型的圆弧状底端，净重集中化于杯体底端核心，底端表面不大，挪动时杯体可晃动。

不倒翁式沙包：不倒翁沙袋是一种普遍的锻炼身体器材，它借助其铁制原材料的汽车底盘来平稳重心点，使绝大多数的净重都集中化在很低的部位，上方仅为变轻的软塑泡沫塑料或别的化学物质,即便遭受极强的外力，沙包也不容易倾斜。

小车安全性能能因不倒翁原理而提升：小车在设计方案生产制造时，根据提升汽车底盘占全部车身净重的占比，减少小车的重心点，能够使小车在应急剎车或是拐弯时，保持稳定情况，防止相同、车祸等严重危害人身安全的交通意外的产生，用不倒翁原理提升了小车的安全性能能。