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    物品器具 汉族儿童玩具——不倒翁

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    LV.8 渡劫期
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    不倒翁是一种古老的汉族儿童玩具,最早记载出现于唐代。形状像人而在造形和重量上制成一经触动就摇摆然后恢复直立状态。不倒翁也可比喻某些善于应付环境而能长期保持自己权位的人,有贬义。

    1. 历史探究

    清代史学家、文学家赵翼在《陔馀丛考?卷三十三》中记载说:“儿童嬉戏有不倒翁,糊纸做醉汉状,虚其中而实其底,虽按捺旋转不倒也。” 另据五代王定保所撰《唐摭言》中显示,不倒翁是由唐代的“捕醉仙”转化而来,“捕醉仙”当时又叫“劝酒胡”、“酒胡子”,是古代人们劝酒的一种工具。用木头刻成人形,上部细,下部粗。饮酒时,人们围桌而坐,把“捕醉仙”放在一只盘子里置于桌子中间,由年龄长者开始用手捻转,使之呈旋转状,当它停下来时,手指向谁谁就饮酒,然后由饮了酒者接着捻转,如此往复,直到尽兴为止。

    宋代窦革所着《酒谱酒令》一书中对此有详细记载:“今之世,酒令其类尤多。有捕醉仙者,为禹人,转之以指席者。”南宋张邦基在《墨庄漫录》中对这一劝酒工具的制作和使用也进行了记述:“饮席刻木为人,而锐其下,置于盘中,左右攲侧,僛僛然如舞状,久之力劲乃静。视其传筹所至,酬之以杯,谓之劝酒胡。”唐代卢汪晚年时曾作有《酒胡子长歌》一篇,其中记叙道:“胡貌类人,变有意趣,然而倾侧不定,缓急由人,不在酒胡也。”后来,不知是哪位民间艺人见此“捕醉仙”煞是喜人,便加以改进,制成了头戴乌纱、身着官袍的不倒翁玩具,并很快受到人们尤其是孩子们的欢迎。这一玩具出现以后,人们根据其具有扳倒后能马上自动直立起来的特点,便以不倒翁之称来讽刺那些巧于保持自己地位和靠耍弄权术而经久不倒的人。

    明代江南才子徐文长曾以《不倒翁》为题写过一首诗:“乌纱玉带俨然官,此翁原来泥半团;忽然将你来打碎,通身上下无心肝。”此诗妙在一语双关,将封建社会那些表面上正人君子,实际上没有心肝的官僚刻画得惟妙惟肖、入木三分。国画大师齐白石则作有三首有关不倒翁的题面画诗。其一为《题不倒翁》:“能供儿戏此翁乖,打倒休扶快起来。头上齐眉纱帽黑,虽无肝胆有官阶。”其二为借用徐文长的诗所作的《持扇不倒翁》:“乌纱白帽俨然官,不倒原是泥半团。将汝忽然来打破,通身何处有心肝。”其三为《不倒翁》:“秋扇摇摇两面白,官袍楚楚通身黑。笑君不肯打倒来,自信胸中无点墨。”

    现如今,不倒翁的含义又有了新的转注。前些年,池北偶先生曾为华君武先生的漫画《不倒翁倒了》题诗一首:“此翁就不倒,自在又逍遥。赔钱无所谓,补贴伸手要。厂长照样当,不愁乌纱帽。如今世道变,无法捞稻草。亏损得关门,靠山没处找。时来厄运到,不倒翁倒了。”此诗在对当今社会上新的不倒翁进行辛辣地讽刺的同时,也道出了他们的最终结局。

    2. 原理介绍

    上轻下重的物体比较稳定,也就是说重心越低越稳定。当不倒翁在竖立状态处于平衡时,重心和接触点的距离最小,即重心最低。偏离平衡位置后,重心总是升高的。因此,这种状态的平衡是稳定平衡。所以不倒翁无论如何摇摆,总是不倒的。再比如像我们在科技馆看到的“锥体上滚”实验,也是这个道理,由于锥体的形状和两边轨道的形状,使它的重心在下降,但看起来好像在上升,向上滚与生活中的事实不符合。但它只是一种假像,看到它的本质,还是重心降低了,因此重心越低越稳定。在生活中为增加物体的稳定性,我们常采用加重下面的重量,如电扇底座、话筒架、公共汽车站牌等。

    利用重心这种特点,还可以做许多有趣的实验和解释一些现象。如可以做一个斤头虫,把一粒胶囊打开,装入一个小滚珠,即可来回翻跟头。我们常见一个盒子只放在桌上一点,但却不掉下去,这是因为盒子靠桌子的一头,是"重心"所在,所以盒子悬空,但不掉下来。走钢丝的杂技演员,手持平衡棒也是为降低重心,达到平衡的目的。

    最常见的不倒翁是纸身、泥底,即用纸浆灌模或用废纸粘糊成形,再用泥土 制成半圆形的底座,将二者粘合好之后,再在外表糊上净纸,施以彩绘而成;也有的用木头做底,底部中心固定上铁块和小石子;还有用小葫芦挖净内瓤,内部灌铅做成的"葫芦";今天还有用鸡蛋壳、旧乒乓球做成的小不倒翁。所有的这些不倒翁都有相同的特点:上半身为空心壳体、下半身是一个实心的半球体,底部为圆形。这些特点使它们具有了一致的基本力学结构,都能达到“不倒”的效果。

    3. 特征

    形体结构

    不倒翁为空心壳体,重量很轻;下半身是一个实心的半球体,重量较大,不倒翁的重心就在半球体之内。下面的半球体和支承面之间有一个接触点,这个半球体在支承面上滚动时,接触点的位置就要发生改变。不倒翁始终用一个接触点站立在支承面上,它永远是一个独脚体。

    稳定性

    不倒翁在受到外力的作用时,就要失去平衡,而在外力去除后,不倒翁能自行回复到平衡状态,这说明不倒翁具有一种抵抗外力干扰保持平衡的能力,这就是平衡的稳定性。这种抵抗干扰保持平衡的能力的形成,应该从不倒翁的受力情况来看。

    受力情况

    第一,不倒翁平衡的受力情况。 不倒翁在桌面上,受到两个外力的作用:一个是重力G,地球对不倒翁的吸引力;另一个是支持力,桌面对牛球体的反作用力。根据物体的平衡条件,只要这两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上,不倒翁就能够保持平衡的状态。

    第二,不倒翁倾斜的受力情况。不倒翁倾斜时受到两个力矩的作用,我们称外力的作用为干扰,外力形成干扰力矩;另一个叫抵抗力矩,由自身的重力形成。本来不倒翁是直立的,由于外力的作用,外力对不倒翁与制成面的接触点产生力矩,使不倒翁倾斜,打破原来的平衡。此外,本来重力是不产生力矩的,因为本来不倒翁是直立的,重力的作用线和支点位于同一直线上,力矩为零。由于外力的作用,不倒翁倾斜,半球体向一侧滚动,接触点随之移动,形成了新的接触点,即形成了新的支点,此时重力的作用线和原支点不在同一直线上,因而形成力矩,这就是抵抗力矩。正是由于抵抗力矩的形成和发展,抵抗和制止了外力的干扰作用。抵抗力矩的方向和干扰力矩的方向正好相反,同时随着不倒翁倾斜的角度不断增大,重心作用线的偏移量也不断增大,抵抗力矩的量值也不断增大,当抵抗力矩等于干扰力矩时,不倒翁就进入新的平衡状态--倾斜的平衡状态,此时外力的干扰作用也就宣告停止。由此可知,不倒翁受到外力干扰后,原有的平衡破坏了,但新的平衡随之形成,不倒翁可以接续地保持平衡,虽然平衡的方式不同,但平衡的本质不变,这种便是动态平衡。第三,不倒翁复原的受力情况。从势能角度考虑,势能低的物体比较稳定,物体一定会向着势能低的状态变化。当不倒翁倒下的时候,由于集中了大部分重心的底座被抬高,造成势能增加,所以不倒翁要回复原来的位置。从杠杆原理来说,不倒翁倒下时,重心的作用点一直处于端部,不管支点在哪里,虽然底座的力臂较短,但是力矩=力*力臂,不倒翁还是会因为底座那头力矩大而回复到原来位置。此外,不倒翁底部为圆形,摩擦力小,便于不倒翁回到原来位置。

    在以上的整个过程中,建立新的平衡是其中主要的问题,因为只有如此才能抵制外力的干扰,而回复原有的平衡则是次要问题,因为此时外力的干扰已经去除。在整个过程中不倒翁始终保持平衡的属性,这便是"平衡的稳定性"。

    力学原理

    综上所述,这个原理的要点在于:使重力的作用线偏离支点,使重力对支点产生力矩,即抵抗力距。由于不倒翁倾斜的角度不断增大,重力作用线的偏移量随之增大,抵抗力矩也随之增大,最终实现和外力力矩的平衡,不倒翁抵抗外力干扰、保持平衡的能力就是这样形成的。

    4. 来历

    早在属于母系社会的西安半坡村遗址中曾发掘到一种提水壶。这种水壶装水时,就会往一边倾斜,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:这是放在座位右边喝酒的用具,这种用具巧妙的很:当它没有装酒的时候呈倒斜状,酒装的适中,就会立起来,而装得太满,又会倾倒。经孔子“点拨”之后,后人就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“座右铭”一词。这些东西据考证,用的都是头轻脚重的重心原理,就是不倒翁的前身。

    5. 原理应用

    不倒翁力学原理在人们的生产生活中有着广泛的应用。在建筑设计、玩具制造、生活用品、汽车结构设计以及体育健身等方面,不倒翁原理不仅带给了人们乐趣,人们还对"上轻下重的物体因重心低而更加稳定"加以充分利用,较大的提高了各种设施的常见的不倒翁玩具、不倒翁式水杯、不倒翁式沙袋。

    在玩具、生活用品、体育器材方面,不倒翁杯为涉及一种杯状盛物的器皿,其特征是:上轻下重内空,加厚的圆弧形底部,重量集中于杯体底部中心,底部接触面很小,移动时杯体可摇晃。不倒翁沙袋是一种常见的体育锻炼器械,它依靠其铁质材料的底盘来稳定重心,使绝大部分的重量都集中在很低的位置,上部仅为很轻的软质泡沫或其他物质,即使受到较强的外力作用,沙袋也不会倾倒。类似的还有电扇底座、话筒架、公共汽车站牌等。 汽车操控性能因不倒翁原理而提高在建筑设计、汽车结构方面,有1300年历史的西安小雁塔,历经几十次地震而不倒,史载大地震曾使其3次开裂又3次复合,尤其是1556年的一次地震将其由56米的完整高度震为43米的现存高度,但是至今其塔身不倾斜,让人惊奇。原因何在?小雁塔塔基四周直径60米左右的地下,由外至塔基中心处的夯土层逐渐加深,中心部位是数层青石,上面用砖砌出塔基,同时地面垒了三米高的台基,其正上方才是塔身。这使得此塔整体上好似不倒翁一般,故虽经千年而无大恙。汽车在设计制造时,通过增加底盘占整个车体重量的比例,降低汽车的重心,可以使汽车在紧急刹车或者转弯时,保持平衡状态,避免撞车、翻车等危及生命安全的交通事故的发生,用不倒翁原理提高了汽车的操控性能。此外,在科技馆看到的"锥体上滚"实验,手持平衡棒的走钢丝杂技演员,太极拳里面的身体半蹲姿势等,都利用到了不倒翁原理。

    6. 典故来源

    旧时有一种叫不倒翁的儿童玩具,形似老人,上轻下重,扳倒后能自动起来,俗呼“扳不倒”。

    不倒翁,因其按捺旋转不倒的特点,被赋以善于自保的代名词。有这样一个故事:清朝有个大官,党羽众多,一次,一个自称门生的人来拜见,并带来一个大漆盒,打开一看,里面是百十个大小不同的不倒翁。门生说:“家乡的泥土易制此物,技艺亦颇精巧,特送给大人解闷。”大官收下了,暗笑这门生有点儿冒傻气。门生走后,家人都来看玩意儿,发现每个不倒翁背后都贴着写有名字的字条,其中最大的一个贴着那位大官的名字。盒内有一纸条,上写:“头锐能钻,腹空能受,冠带尊严,面和心垢,状似易倒,实立不扑。”此言把不倒翁的形象刻画得惟妙惟肖,且刺之痛切。大官大怒,令手下人细查,才发现自己根本没这样一个门生。不倒翁式的官儿,古今不乏其人。唐朝有位封德彝,宠极生前,罪暴其后,其人历隋唐两代而荣华不衰。他精于运筹官场,整日纵横捭阖,玩弄关系,成为保其位而固其宠的不倒翁。

    7. 玩具制作

    方法一

    选用球形塑料中药丸的包装盒,这种盒可以从中间打开,正好是两个半球。在一个半球内放入适量的橡皮泥或湿胶泥,成为不倒翁的底部,在另一个半球外粘一个圆锥形的帽子,成为不倒翁上部。将两个半球扣合后,画上面部,就制成了。

    方法二

    材料:很白很滑的鸡蛋一个,比较细而颜色又十分鲜艳的毛线若干。毛线颜色可以选黑色、红色和粉红色等都可以。另准备毛针、蜡烛、剪刀和报纸。这些材料和工具准备就绪,就可以制作了。

    制作“鸡蛋不倒翁”分以下几步进行:

    第一,把鸡蛋从冰箱里拿出来,用毛针在鸡蛋头上穿一个小孔,把蛋白、蛋黄放出来,然后灌水进鸡蛋,将里面清洗干净;第二,用事先准备好的打火机点着蜡烛,让溶解的蜡水流进去,此过程大约需时15分钟;第三,用毛线做鸡蛋的头发,如果不倒翁是女孩,还可以用红色和粉红色毛线做头饰;第四,用黑色的毛线帮"鸡蛋不倒翁"添上一双美丽动人的大眼睛和一个小小的鼻子,再用红色笔给不倒翁画一个小嘴巴。这样,一个美丽可爱的不倒翁就做好了。

    方法三

    浑圆、可爱的造型蜡烛,让人舍不得拿来用,找来扭蛋和纸筒来做外模,并将熔蜡打制成蜡花,再来填充塑型,不管是方的、圆的或者有孔的模型蜡烛都可以轻松制作。 材料工具:石蜡、软蜡、棉绳、扭蛋壳、竹签、汤匙、温度计、不锈钢锅、黑晶炉、镊子

    1、白蜡、蜜蜡(软蜡)以9:1比例相熔。

    2、待熔化的蜡液冷却至表面凝固时,搅拌成蜡花。

    3、扭蛋模型内涂油,填满蜡花后,将两半密合。(过程中若蜡花过冷会失去粘着性,可放回热源上稍微加热)

    4、以竹签穿过扭蛋原有的洞,待冷却后,将竹签取出后脱模。

    5、将烛心穿过竹签穿过的洞,并将外型修饰平整。

    6、以彩色软蜡土捏出小熊的五官及手脚,完成造型。

    7、将小熊蜡烛以85度C蜡液迅速过蜡,再浸泡至冷水即可。

    方法四

    1、制作材料:乒乓球、白色硬纸、橡皮泥、彩笔、胶水、剪刀等。

    2、制作方法:

    (1)把乒乓球用剪刀去掉一半,将橡皮泥捏成团填在半个乒乓球内抹平。

    (2)把白色硬纸剪成一扇形,扇形的弧长应稍大于乒乓球的圆周长,并将扇形两边对接做成一圆锥形。

    (3)将纸圆锥与乒乓球粘接起来,用彩笔在乒乓球上画出头像,白色的锥形帽子也可用孩子熟悉的图案或花纹进行装饰。这样一个可爱的不倒翁就制成了。除此方法外,还可利用雪碧瓶的底部(去掉底托)与瓶的上部,用类似方法制作。

    方法五

    1、制作材料:鸡蛋、筷子、橡皮泥、彩笔

    2、制作方法:

    (1)将鸡蛋洗干净,用筷子在小头上戳一个洞,将蛋黄蛋白放光。

    (2)用清水将鸡蛋内洗净,擦干,将橡皮泥塞在鸡蛋底部。

    (3)用彩笔画上眼睛,嘴巴

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