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        重心與平衡【點擊數:


        要使物體平穩地置于桌面上,就要考慮它的重心與平衡的問題。從物理學觀點看,通過該物體的重心與桌面垂直的線(或面)要維持在該物體的支持面內,否則,該物體就很容易倒下。在日常生活中涉及重心與平衡的例子隨手可拾。商代的酒器斝〔jia甲〕有三足,其重心總是落在三足點形成的等邊三角形內。西漢中山靖王的朱雀銅燈,體現了工匠關于重心的巧妙構思。東漢銅奔馬,三足騰空、一足落地。(圖2-8)因其重心剛好落在一支撐足上,即使支撐面很小,表面看來容易傾倒,事實上仍是穩定平衡的。在雜技表演中,走繩者總是手握長杠或手持雨傘;單臂撐者,其兩腿總要彎過自己的頭頂。這些道具或造型,不僅在于美與險的結合,使人驚心動魄,更重要的是表演者必須采取的安全措施:保持自己的重心與平衡。


        圖2-8 體現重心與平衡原理的古代器物

        (1)商代的斝; (2)西漢朱雀銅燈; (3)東漢銅奔馬;

        大概在西周時期,聰明的工匠制造了一件“欹〔qi其〕器”。“欹”即傾斜。它可以隨盛水的多少而發生傾斜變化。不裝水時,它成傾斜狀態;裝上一半水時,就中正直立;裝滿水時,它就自動翻倒,將其所盛水倒出。《荀子·宥坐》將它描寫為“虛則欹、中則正、滿則覆”。之所以會出現這種現象,是由于欹器的重心隨盛水的多少而發生變化的緣故。有一天,孔子在魯廟中見到這種欹器,立即讓其弟子們作注水實驗。然后,他諄諄告誡弟子:要謙虛,切戒自滿。漢代以后,不斷地有人制造各種欹器,充分體現中國人已熟練掌握了重心與平衡原理。

        隋唐時期,或許由于飲酒之風盛行,人們制作了一種勸人喝酒的玩具、經匠心雕刻的木頭人,稱為“酒胡子”(圖2-9)。將它置于瓷盤中,“臲卼〔niewu聶誤〕不定”、“俯仰旋轉”、“緩急由人”。(《唐摭言·海敘不遇》)也有用紙制作的,“糊紙作醉漢狀,虛其中而實其底,雖按捺而旋轉不倒也。”(《陔〔gai該〕余叢考》卷三三)現在稱這些玩具為不倒翁。另一種勸酒器,雖稱不倒翁,但轉動搖擺后最終還會倒下。宋代張邦基說:“木刻為人,而銳其下,置之盤中,左右欹側,僛僛〔qi欺〕然如舞之狀,久之,力盡乃倒。”(《墨莊漫錄》卷八)這種玩具指向某人或倒向某人,某人當飲酒。


        圖2-9 兩種不倒翁

        從這些歷史文獻記載中可以看出,不倒翁之一的重心略高于木頭人下半圓的中心,或略低于下半圓的中心。由于它們重心位置不同,造成它們左右搖擺后的不同后果。而古代人將它們制成半圓形下身,并在其內“虛其中而實其底”,正說明他們有意識地利用重心位置與平衡的關系。

        公元前2世紀成書的《淮南子·說山訓》曾就本末倒置而造成不平衡的現象總結說:“下輕上重,其覆必易。”東漢王充在《論衡·狀留篇》中對平衡問題作了極好的論述:

        圓物投之于地,東西南北無之不可,策杖叩動,才微輒停。方物集地,一投而止,及其移徒,需人動舉。

        “策杖”是趕馬用的木棍。圓球投落地面,東西南北隨遇滾動,只有用棍子制止它,它才會靜止一會兒。方形物體,投落地面,立即就靜止在那兒。如果要它移動,就需要施加外力,即“需人動舉”。這些現象正是力學中隨遇平衡和穩定平衡的典型例子。


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