由重心话平稳:重心越什么物体越平稳

　　物体的重心是指物体所受重力的作用点.对于具有规则几何形状的物体，若质量分布均匀，则重心位于物体的几何中心上，对于形状不规则的物体的重心可用“悬挂法”找出，有的重心在物体上，也有的重心不在物体上.
　　了解物体重心的位置有很大的实际价值，因为物体的重心可以影响物体的平稳性.物体的平稳性是指物体在受到外力的作用下能保持其原有平衡状态的能力，在生活中的很多领域都能涉及到有关重心影响物体平稳性的问题.设计交通工具时重心的位置设计得当可以保证操纵灵敏，行驶平稳安全；设计仪器设备时恰当的重心位置可使设备更平稳；进行一些体育比赛项目时，运动员若能将自身的重心位置控制得当往往会令自己立于不败之地……
　　我们都有这样的生活经验：平放的书很稳定，竖立着的书很容易翻到；正放的饮料瓶很稳，倒立的饮料瓶很容易倒；乘公共汽车时，在没有座位、没有把手的情况下我们都是尽量叉开两脚，身体微躬；生活中的汽车是扁平的，上小下大的物体不容易倒，上轻下重的物体，也不容易倒……根据这些现象不少同学认为重心的高低影响物体的平稳性，重心越低，物体越平稳.
　　同学们可自行设计实验验证这种想法：将两块完全相同的橡皮，一块竖直放置；另一块平放，同时放在水平书面上，微微摆动书，发现竖直放置的橡皮总是先倾倒.通过这些探究活动往往会得出了物体的稳定程度与重心高低有关，重心越低物体越稳定.可是上海东方明珠电视塔，它头顶蓝天，脚踩大地，像一个巨人，足有四百多米高，它的重心是非常高的，为什么它还能稳如泰山呢？看来重心高低不是影响物体平稳性的唯一因素.纵观我们周围的塔、水坝、台灯、落地式电扇等平稳性较好的物体，它们的共同特征都是底面积很大，如位于北京天安门广场中心的人民英雄纪念碑地基面积就达到三千多平方米.通过上面的事例大家可能会觉得物体的平稳性与重心的高低和物体底面积的大小有关.
　　上述结论是否完全正确呢？让我们再来看一个例子，众所周知的世界建筑史上的一大奇迹比萨斜塔是因为它斜而不倒闻名于世.可你是否知道由于塔身压力过重和地质松软，南面的地基比北面约低２米.在施工期间塔身即出现轻微倾斜，随着工程的进展，倾斜度不断增加，到塔身建到第三层时，可明显看出塔身倾斜，比萨斜塔也因此曾一度停工.后来工程师托马索・皮萨诺经过精心测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，塔重心点的垂线位置仍然落在塔底底面的范围内，因此工程继续按原设计继续施工，至今还屹立在意大利比萨城北面的奇迹广场上.由此可见真正决定物体平稳性的因素是物体的重心在底面的射影与底面边界的最短距离的大小，最短距离越大物体的平稳性越强，即若重心的射影落在物体底面范围内物体就不会翻倒.换种说法就是如果从物体的重心引一条竖直向下的直线，只要这条直线通过物体的底部，那么这个物体就不会倒下，反之，物体就会倾倒；如图1所示的斜筒是会倒的.
　　这一科学结论在生产、生活和科学实践中都有广泛的应用.如果一个站立的人，从他的重心引一条竖直向下的垂线，这条垂线要通过脚底所站立的区域，人才不会倒下.高空走钢丝的人双脚与钢丝接触面积很小，因此垂线容易跑出底面，因此，演员通常会手握较重的长杆，而人体的重心一般是在肚脐附近的高度，所以手握较重的长杆其实对重心影响不是很大，也不能使双脚与钢丝的接触面积增大，但这样做会大大降低垂线跑出脚底面的几率从而使演员更加平稳.不倒翁之所以不会倒，也是因为它充分满足了物体平稳性的条件.不倒翁的整个身体都很轻，只是在它的底部有一个较重的东西――大泥坨（也可用其他重物代替）， 因此它的重心很低，另一方面，不倒翁的底面积大而圆滑使得不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面.当不倒翁向一边倾倒时，由于支点（与桌面的接触点）发生变动，重心和支点就不再在同一条竖直线上（如图2所示，黑点O表示“不倒翁”的重心），这时不倒翁在重力的作用下会绕支点摆动，使不倒翁恢复正常的位置.不倒翁倾斜的程度越大，支点离开重心的水平距离就越大，重力产生的转动效果也越大，使它恢复原位的趋势也就越显著，即重心的射影始终落在不倒翁与桌面的接触面范围内，所以不倒翁是永远推不倒的.
　　一般认为汽车发明的标志是四轮汽车的诞生,为什么不是之前的三轮汽车？其实在内燃机发明后不久，人们最初从几何学角度认为三角形具有稳定性，进而造出了三轮汽车，但没有更多地从力学角度考虑其运动的稳定性，以至三轮汽车在行车过程中屡出翻车事故，令人谈车色变.血的教训使发明者更多注意到汽车运行中的力学问题，后来终于发现四个轮子组成的支撑面比三个轮子组成的支撑面在运行过程中要稳定得多，原因在于三个轮子组成的支撑面较小，运行时汽车重心的射影越出这个支撑面的三角形范围的可能性较大，即翻车的可能性大.而四个轮子的支撑面较大，汽车重心的射影一般不会越出四个轮子决定的四边形，所以翻车的可能性较小，从而有效地提高了汽车的平稳性.
　　通过本文的学习我们知道了重心可以影响物体的平稳度，但不是唯一因素，真正决定物体平稳性的因素是物体的重心在底面的射影与底面边界最短距离的大小，最短距离越大则物体的平稳性越强，这一知识在日常生活中有着广泛的应用.在今后的学习中同学们要勤于观察，善于动脑，通过物理观察究其本质，要乐于探索自然现象和生活中的物理学道理，从而将自己所学的物理知识更好地为我们服务.