“锥体上滚”是一种有趣的力学现象。在科技馆,你会看到这样的装置,在一条倾斜的、可改变角度的轨道上,把一个双锥体或者球体分别放到轨道的低端,轨道夹角平行时它们不会滚动,但是当你改变轨道的夹角,会发现锥体和球体会沿着轨道向高处滚去。我们都知道,有质量的物体会从高处向低处运动,看起来这似乎违背了能量定理,这其中的奥秘是什么呢?
实际上“椎体上滚”运用的原理是重心的运动,在重力场中,物体的重心高,稳定性会变小,重心低,稳定性大。所以,当物体处于不稳定的状态时,会通过降低其重心取得稳定的状态。
这条轨道看起来是倾斜的,当椎体在轨道的低端时,轨道间的夹角较小,椎体的重心比较高;当椎体在轨道的高端时,轨道间的夹角变大,这时候椎体的重心是较低的,所以当把锥体放在轨道低端时,它会沿着轨道向上滚动。其实“锥体上滚”只是表面现象,实际上在锥体上滚的过程中,它的重心却是由高到低变化的。
“降低重心求稳定”的规律在汽车、航空等领域都有广泛的应用。比如,汽车,或者赛车的重心下移,会提高汽车在高速转弯时的安全性能。