關鍵概念
物理學
質心
重力
面積
導言
是什麼使物體保持平衡？看看你周圍。房間裡的大多數物體可能是平衡的——並且不會處於傾倒的邊緣。如果有人遞給你一個物體並要求你放下它，你可能憑直覺就知道如何放置它才不會倒下。但是物體平衡背後的科學是什麼？為什麼某些物體只能在某些側面平衡而不能在其他側面平衡？嘗試這個專案來找出答案！
背景
一般來說，我們用“平衡”這個詞來指代直立且不會倒下的物體。即使被推動也不會傾倒的物體的技術術語是穩定。一個輕推或一陣微風就能吹倒的物體是不穩定的。例如，一把四條腿都放在地板上的椅子是穩定的——很難將其推倒。但是，如果您嘗試將椅子放在一條腿上保持平衡，則它是不穩定的。您一鬆開椅子，它可能會倒下。
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什麼決定了物體是穩定還是不穩定？這取決於兩件事：物體質心的位置以及物體與地面接觸的位置。對於完全對稱的物體（例如球），質心正好在中間。對於不規則形狀的物體（例如椅子），質心的位置取決於物體質量的分佈方式。想象一下從正上方俯視椅子，並繪製連線其四條腿的虛線，在地面上形成一個正方形。椅子的質心將位於此正方形內。重力向下拉椅子，作用力就像集中在質心上的單個力。由於該力作用在椅子與地面的接觸區域內，因此不會導致椅子傾倒。
當您嘗試將椅子放在一條腿上保持平衡時，反之，它與地面的接觸面積非常小。幾乎不可能使椅子的質心與此接觸區域對齊——即使您這樣做了，最輕微的移動也會使其移回外部。這將導致椅子傾倒，因為該力會對椅子施加扭矩。
在這個活動中，您將嘗試用各種不同形狀的物體進行這個簡單的測試。您認為您可以平衡所有這些物體嗎？
材料
從房子周圍收集各種物體（您有權使用的）以嘗試平衡。獲取各種不同形狀的物體，例如：矩形物體（積木、盒子等）；細長的物體（例如，鉛筆、尺子）；以及不規則形狀的物體（咖啡杯、發刷等）。
助手（可選）
準備
在平坦、堅固的表面上收集您的物體，以便可以在其上保持平衡。
步驟
拿起您的一個矩形物體。預測您認為它會在哪些側面保持平衡，然後嘗試在每個側面平衡它。
現在嘗試在邊緣和角上平衡它。您還能讓它保持平衡嗎？
現在拿起您的一個細長物體。預測您認為它會在哪些側面保持平衡。首先嚐試在其最長的一側保持平衡。
現在嘗試在其中一個細側面或點上保持平衡。您還能讓它保持平衡嗎？
嘗試您的一個不規則形狀的物體。再次首先預測您認為它將如何保持平衡，然後嘗試一下。例如，您可能會讓咖啡杯在其底部平坦的一側輕鬆保持平衡。您能讓它在其圓形側面或把手上保持平衡嗎？
額外內容：在您讓物體保持平衡後，測試它是穩定還是不穩定。輕輕地吹它或用手指輕推它。它會倒下還是保持站立？
額外內容：找一個助手，嘗試用更大的物體進行此測試，例如椅子或掃帚柄。小心不要掉落任何重物！
額外內容：嘗試在您的指尖而不是在平面上平衡物體。您的結果有何變化？
觀察和結果
您可能發現與較小、尖銳或圓形的側面相比，在較大、較平坦的側面上更容易平衡物體。在具有三個或更多與地面接觸點的物體（如椅子的腿）上保持平衡也更容易。這是因為當物體具有與地面接觸的大而平坦的表面（或形成多邊形的多個點）時，大多數情況下其質心位於該區域內，並且物體是穩定的。細邊、點和圓形表面與地面形成非常小的接觸區域。很難使質心保持在這個尺寸區域內，從而使物體不穩定。您也許可以暫時平衡不穩定的物體——例如，將鉛筆垂直地在其橡皮擦上保持平衡——但只需輕輕一推即可將物體撞倒。
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