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重心與平衡

佚名 2025-03-26 11:28:20

要使物體平穩(wěn)地置于桌面上

,就要考慮它的重心與平衡的問題。從物理學觀點看
,通過該物體的重心與桌面垂直的線(或面)要維持在該物體的支持面內(nèi)
,否則
,該物體就很容易倒下
。在日常生活中涉及重心與平衡的例子隨手可拾
。商代的酒器斝〔jia甲〕有三足
,其重心總是落在三足點形成的等邊三角形內(nèi)。西漢中山靖王的朱雀銅燈
,體現(xiàn)了工匠關(guān)于重心的巧妙構(gòu)思
。東漢銅奔馬,三足騰空
、一足落地。(圖2-8)因其重心剛好落在一支撐足上
,即使支撐面很小,表面看來容易傾倒
,事實上仍是穩(wěn)定平衡的。在雜技表演中
,走繩者總是手握長杠或手持雨傘;單臂撐者
,其兩腿總要彎過自己的頭頂。這些道具或造型
,不僅在于美與險的結(jié)合
,使人驚心動魄,更重要的是表演者必須采取的安全措施:保持自己的重心與平衡

圖2-8體現(xiàn)重心與平衡原理的古代器物

(1)商代的斝;(2)西漢朱雀銅燈

;(3)東漢銅奔馬

大概在西周時期,聰明的工匠制造了一件“欹〔qi其〕器”

?div id="4qifd00" class="flower right">
!办ァ奔磧A斜
。它可以隨盛水的多少而發(fā)生傾斜變化。不裝水時
,它成傾斜狀態(tài)
;裝上一半水時
,就中正直立;裝滿水時
,它就自動翻倒
,將其所盛水倒出
?div id="m50uktp" class="box-center"> !盾髯印ゅ蹲穼⑺鑼憺椤疤搫t欹、中則正
、滿則覆”
。之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象,是由于欹器的重心隨盛水的多少而發(fā)生變化的緣故
。有一天,孔子在魯廟中見到這種欹器
,立即讓其弟子們作注水實驗。然后
,他諄諄告誡弟子:要謙虛
,切戒自滿。漢代以后
,不斷地有人制造各種欹器,充分體現(xiàn)中國人已熟練掌握了重心與平衡原理

隋唐時期,或許由于飲酒之風盛行

,人們制作了一種勸人喝酒的玩具
、經(jīng)匠心雕刻的木頭人,稱為“酒胡子”(圖2-9)
。將它置于瓷盤中,“臲卼〔niewu聶誤〕不定”
、“俯仰旋轉(zhuǎn)”、“緩急由人”
。(《唐摭言·海敘不遇》)也有用紙制作的
,“糊紙作醉漢狀
,虛其中而實其底
,雖按捺而旋轉(zhuǎn)不倒也?div id="jfovm50" class="index-wrap">!?《陔〔gai該〕余叢考》卷三三)現(xiàn)在稱這些玩具為不倒翁
。另一種勸酒器
,雖稱不倒翁
,但轉(zhuǎn)動搖擺后最終還會倒下。宋代張邦基說:“木刻為人
,而銳其下,置之盤中
,左右欹側(cè),僛僛〔qi欺〕然如舞之狀
,久之
,力盡乃倒
?div id="d48novz" class="flower left">
!?《墨莊漫錄》卷八)這種玩具指向某人或倒向某人
,某人當飲酒。

圖2-9兩種不倒翁

從這些歷史文獻記載中可以看出

,不倒翁之一的重心略高于木頭人下半圓的中心
,或略低于下半圓的中心
。由于它們重心位置不同,造成它們左右搖擺后的不同后果
。而古代人將它們制成半圓形下身
,并在其內(nèi)“虛其中而實其底”,正說明他們有意識地利用重心位置與平衡的關(guān)系

公元前2世紀成書的《淮南子·說山訓》曾就本末倒置而造成不平衡的現(xiàn)象總結(jié)說:“下輕上重

,其覆必易
。”東漢王充在《論衡·狀留篇》中對平衡問題作了極好的論述:

圓物投之于地

,東西南北無之不可
,策杖叩動
,才微輒停
。方物集地,一投而止
,及其移徒
,需人動舉

“策杖”是趕馬用的木棍

。圓球投落地面
,東西南北隨遇滾動
,只有用棍子制止它,它才會靜止一會兒
。方形物體,投落地面
,立即就靜止在那兒
。如果要它移動
,就需要施加外力
,即“需人動舉”
。這些現(xiàn)象正是力學中隨遇平衡和穩(wěn)定平衡的典型例子

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