关键概念
物理学
质心
重力
面积
导言
是什么使物体保持平衡？看看你周围。房间里的大多数物体可能是平衡的——并且不会处于倾倒的边缘。如果有人递给你一个物体并要求你放下它，你可能凭直觉就知道如何放置它才不会倒下。但是物体平衡背后的科学是什么？为什么某些物体只能在某些侧面平衡而不能在其他侧面平衡？尝试这个项目来找出答案！
背景
一般来说，我们用“平衡”这个词来指代直立且不会倒下的物体。即使被推动也不会倾倒的物体的技术术语是稳定。一个轻推或一阵微风就能吹倒的物体是不稳定的。例如，一把四条腿都放在地板上的椅子是稳定的——很难将其推倒。但是，如果您尝试将椅子放在一条腿上保持平衡，则它是不稳定的。您一松开椅子，它可能会倒下。
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什么决定了物体是稳定还是不稳定？这取决于两件事：物体质心的位置以及物体与地面接触的位置。对于完全对称的物体（例如球），质心正好在中间。对于不规则形状的物体（例如椅子），质心的位置取决于物体质量的分布方式。想象一下从正上方俯视椅子，并绘制连接其四条腿的虚线，在地面上形成一个正方形。椅子的质心将位于此正方形内。重力向下拉椅子，作用力就像集中在质心上的单个力。由于该力作用在椅子与地面的接触区域内，因此不会导致椅子倾倒。
当您尝试将椅子放在一条腿上保持平衡时，反之，它与地面的接触面积非常小。几乎不可能使椅子的质心与此接触区域对齐——即使您这样做了，最轻微的移动也会使其移回外部。这将导致椅子倾倒，因为该力会对椅子施加扭矩。
在这个活动中，您将尝试用各种不同形状的物体进行这个简单的测试。您认为您可以平衡所有这些物体吗？
材料
从房子周围收集各种物体（您有权使用的）以尝试平衡。获取各种不同形状的物体，例如：矩形物体（积木、盒子等）；细长的物体（例如，铅笔、尺子）；以及不规则形状的物体（咖啡杯、发刷等）。
助手（可选）
准备
在平坦、坚固的表面上收集您的物体，以便可以在其上保持平衡。
步骤
拿起您的一个矩形物体。预测您认为它会在哪些侧面保持平衡，然后尝试在每个侧面平衡它。
现在尝试在边缘和角上平衡它。您还能让它保持平衡吗？
现在拿起您的一个细长物体。预测您认为它会在哪些侧面保持平衡。首先尝试在其最长的一侧保持平衡。
现在尝试在其中一个细侧面或点上保持平衡。您还能让它保持平衡吗？
尝试您的一个不规则形状的物体。再次首先预测您认为它将如何保持平衡，然后尝试一下。例如，您可能会让咖啡杯在其底部平坦的一侧轻松保持平衡。您能让它在其圆形侧面或把手上保持平衡吗？
额外内容：在您让物体保持平衡后，测试它是稳定还是不稳定。轻轻地吹它或用手指轻推它。它会倒下还是保持站立？
额外内容：找一个助手，尝试用更大的物体进行此测试，例如椅子或扫帚柄。小心不要掉落任何重物！
额外内容：尝试在您的指尖而不是在平面上平衡物体。您的结果有何变化？
观察和结果
您可能发现与较小、尖锐或圆形的侧面相比，在较大、较平坦的侧面上更容易平衡物体。在具有三个或更多与地面接触点的物体（如椅子的腿）上保持平衡也更容易。这是因为当物体具有与地面接触的大而平坦的表面（或形成多边形的多个点）时，大多数情况下其质心位于该区域内，并且物体是稳定的。细边、点和圆形表面与地面形成非常小的接触区域。很难使质心保持在这个尺寸区域内，从而使物体不稳定。您也许可以暂时平衡不稳定的物体——例如，将铅笔垂直地在其橡皮擦上保持平衡——但只需轻轻一推即可将物体撞倒。
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