物體的重心位置在底面範圍之外,將無法平衡。圖/kimi
文/簡麗賢
端午節有「立蛋」的習俗,傳說只有在端午節才能把雞蛋立起來是真的嗎?
重心平衡 垂直支撐
立蛋的原理主要與物理學的重心、平衡與摩擦力有關,並非僅限於端午節才能立蛋成功。一般而言,為了能成功立蛋,可挑選蛋的表面具有明顯的顆粒,能增加蛋與立足平面的摩擦力,同時橢圓形雞蛋的重心略往下方偏,讓蛋的底部與接觸面能形成三個微小接觸點的支撐平面,使雞蛋的重心線正好能通過這個底面,應能成功達成靜力平衡的立蛋。一年中的任何一天正午,只要掌握重心與支撐面的原理原則,皆能成功立蛋,而不是由特定節氣或太陽位置來決定。
成語「危如累卵」,語出《韓非子》,意思是說重疊起來的蛋,隨時有失去平衡而跌破的可能,比喻情況非常危急。堆疊的木塊、石頭或其他物品是否無法形成平衡狀態,答案是看情況,只要整體的系統重心能落在支撐面內部,即使看起來非常驚險,仍然可以達成平衡狀態。
重心平衡 垂直支撐
如圖所示,物體重量為W,重心位置為G,在(a)和(b)兩情況中,物體同時受到向下的重力W和來自桌面向上的垂直支撐力N,達成靜力平衡。若使物體凸出桌邊的部分較多,如圖(c)所示,此時物體的重心G在桌子邊緣之外,桌面對物體所施向上的垂直支撐力N,無法與重力在同一直線上,物體所受的力矩不為零,不能滿足轉動平衡,物體必然傾倒。因此為保持平衡,物體的重心不可超出支撐底面的範圍。
如果一物體所受合力等於零,物體移動狀態不變,稱此物體「移動平衡」;如果所受合力矩等於零,而物體轉動狀態不變,此物體「轉動平衡」。當移動平衡與轉動平衡同時成立時,物體既不移動也不轉動,稱此物體「靜力平衡」。立蛋即是靜力平衡。