텀블러는 어떻게 작동하나요?

작동 원리는 위쪽이 가볍고 아래쪽이 무거운 물체가 상대적으로 안정적이라는 것입니다. 즉, 무게 중심이 낮을수록 안정적이라는 의미입니다. 이 원리의 핵심은 중력이 받침점에서 중력의 작용선을 벗어나도록 하여 중력이 받침점에 모멘트, 즉 저항 거리를 생성하는 것입니다.

텀블러를 세운 상태에서 균형을 잡았을 때 무게중심과 접촉점 사이의 거리가 가장 작아진다. 즉, 무게중심이 가장 낮다. 평형 위치에서 벗어난 후에는 항상 무게 중심이 상승합니다. 그러므로 이 상태의 평형은 안정한 평형이다. 따라서 롤리폴리는 아무리 흔들려도 절대로 넘어지지 않습니다.

물리적 구조 : 텀블러는 속이 빈 껍질로 무게가 매우 가볍고, 하체는 단단한 반구형으로 더 무겁고, 텀블러의 무게 중심은 반구 안에 있습니다. 아래쪽 반구와 지지면 사이에 접촉점이 있습니다. 반구가 지지면에서 구르면 접촉점의 위치가 변경됩니다. 텀블러는 항상 하나의 접점으로 지지면 위에 서 있습니다. 항상 모노포드입니다.

안정성: 텀블러에 외력이 작용하면 균형을 잃게 되는데, 외력이 제거된 후에는 텀블러가 스스로 균형을 이룬 상태로 돌아올 수 있음을 보여줍니다. 외부 간섭에 저항하고 균형을 유지하는 능력이 있습니다. 이것이 바로 평형의 안정성입니다. 간섭에 저항하고 균형을 유지하는 이러한 능력의 형성은 텀블러에 가해지는 응력에서 볼 수 있습니다.

스트레스 조건:

첫째, 텀블러의 균형 잡힌 힘 조건입니다. 텀블러는 테이블 위에 있고 두 가지 외부 힘의 영향을 받습니다. 하나는 중력 G, 텀블러에 대한 지구의 인력, 다른 하나는 지지력, 즉 소 구체에 대한 테이블의 반력입니다. 물체의 평형 조건에 따라 두 힘이 크기가 같고 방향이 반대이며 직선으로 작용하는 한 텀블러는 균형 상태를 유지할 수 있습니다.

둘째, 기울어지는 텀블러에 대한 스트레스. 텀블러가 기울어지면 두 모멘트의 영향을 받습니다. 이는 간섭 모멘트를 형성하며, 다른 하나는 자체 중력에 의해 형성됩니다. 원래 텀블러는 수직으로 세워져 있었는데, 외력의 작용으로 인해 텀블러와 표면의 접촉점에 외력이 작용하여 텀블러가 기울어져 원래의 균형이 깨졌습니다. 또한, 텀블러는 원래 수직이기 때문에 중력은 원래 토크를 발생시키지 않으며 중력의 작용선과 받침점은 동일한 직선상에 있고 토크는 0입니다. 외력의 작용으로 텀블러가 기울어지고 반구가 한쪽으로 굴러가며 이에 따라 접촉점이 움직이면서 새로운 접촉점, 즉 새로운 받침점이 형성된다. 원래의 지점이 같은 직선 위에 있지 않기 때문에 저항 모멘트인 모멘트가 형성됩니다. 외부 힘의 간섭이 저항되고 중단되는 것은 바로 저항 모멘트의 형성과 발달 때문입니다. 저항 모멘트의 방향은 간섭 모멘트의 방향과 정확히 반대입니다. 동시에 텀블러의 경사각이 계속 증가함에 따라 무게 중심의 작용선 오프셋도 계속 증가합니다. 저항 모멘트의 크기도 계속 증가합니다. 저항 모멘트가 간섭과 같을 때 토크가 가해지면 텀블러는 새로운 평형 상태, 즉 기울어진 평형 상태에 들어가고 이때 외부 힘의 간섭이 중단됩니다. . 이를 통해 텀블러가 외력에 의해 교란된 후 원래의 균형이 파괴되지만 새로운 균형이 형성됨을 알 수 있습니다. 균형을 잡는 방식은 다르지만 균형의 본질은 그대로 유지됩니다. 변하지 않은 것입니다. 이것은 동적 균형입니다. 셋째, 텀블러의 회복으로 인한 스트레스 상태이다. 위치에너지의 관점에서 볼 때, 위치에너지가 낮은 물체는 상대적으로 안정적이며, 물체는 위치에너지가 낮은 상태로 확실히 변화합니다. 텀블러가 떨어지면 무게중심의 대부분이 집중되어 있는 베이스가 위로 들려 올라가면서 위치에너지가 증가하므로 텀블러는 원래 위치로 돌아가야 한다. 지렛대 원리의 관점에서 볼 때, 텀블러가 낙하할 때 무게 중심의 작용점은 지지점이 어디에 있든 항상 끝에 있습니다. 베이스의 모멘트 암은 더 짧지만 토크 = 힘 * 모멘트입니다. 암이 있으면 베이스의 큰 모멘트로 인해 텀블러가 계속 떨어지고 원래 위치로 돌아갑니다. 또한, 텀블러 바닥이 둥글게 되어 있어 마찰력이 낮아 텀블러가 원래 위치로 돌아가기 쉽습니다.

위의 전체 과정에서 새로운 균형을 이루는 것이 주요한 문제인데, 그래야만 외부 세력의 간섭에 저항할 수 있기 때문이고, 원래의 균형을 회복하는 것은 부차적인 문제이기 때문입니다. 외력의 영향 간섭이 제거되었습니다. 전체 과정에서 텀블러는 항상 균형의 속성, 즉 "균형 잡힌 안정성"을 유지합니다.

기계적 원리: 정리하자면 이 원리의 핵심은 중력이 받침점에서 중력의 작용선을 벗어나게 함으로써 중력이 받침점에 모멘트, 즉 저항거리를 만들어 내는 것이다. . 텀블러의 틸트 각도가 계속 증가함에 따라 중력선의 오프셋이 증가하고 저항 모멘트도 증가하여 결국 외력 모멘트와 균형을 이루게 됩니다. 이것이 외부 간섭에 저항하고 균형을 유지하는 텀블러의 능력입니다. .