平衡鹰怎么平衡（立完鸡蛋立扫帚）

听说大家都在家闲得立扫帚了。去年一窝蜂春分去立蛋，今年立扫帚更是全民参与。最近被谣言反复虐的广大网友们，还耐心地做起了验证试验，看看第二天扫帚是否依然立得起来。不得不说，咱老百姓的科学素养在逐年提升啊！

立扫帚不仅简单易操作，没有技术门槛，小小现象背后还蕴含着深刻的力学原理，难怪受到大家的青睐。下面科普苑给大家介绍一款比游戏还好玩的经典玩具——平衡鹰（鸟），相信很多70后、80后小时候都玩过见过。

平衡鹰/鸟

这款玩具看起来很简单，一只老鹰（鸟）和一个底座。将老鹰的嘴立在金子塔尖，你道老鹰会怎样？倾倒，立不住？嗯......那您可就多虑了，用手指使劲碰一下它的身体，它最多上下摇晃几下，过一会儿身体会回到原来的位置，将嘴立稳稳地在金子塔尖，威风凛凛、傲视群雄。下面我们将通过两个回合简单地介绍一下平衡鹰平衡的原理。

第一回合：先说说“平衡”的概念。

在力学里面，当物体所受到的合外力、合外力矩为零时，我们称物体此时处于“平衡”状态。

根据平衡受到微小扰动后，系统稳定状态的不同，又可分为三种平衡：稳定平衡、不稳定平衡、随遇平衡。

• 随遇平衡的概念最简单，比如一个篮球在地面上滚动过程中，它的重心高度保持不变，在任意位置都能保持平衡，这就是随遇平衡，随遇而安。

• 杂技演员表演走钢丝时特别小心翼翼，为什么？因为一旦身体发生摇晃，很难恢复平衡，后果将不堪设想。这种受到轻微扰动后，不能回到原来位置的平衡，叫做不稳定平衡。不那么严格地来看，春分立鸡蛋、立扫帚（比鸡蛋更易稳定一些）就属于这类平衡。

• 不倒翁或者桌椅发生小角度倾斜后，会在重力所引起的回复力矩的作用下回到初始位置，这种情况就被称为稳定平衡。平衡鹰摇摇晃晃总能回到初始位置，就属于稳定平衡。

嘿嘿，来点受力分析帮助大家理解稳定平衡的概念（自选菜）。

下图状态1，假设该物体质量分布均匀，那么其重心就位于形心处；物体受到一竖直向下的重力G和一竖直向上的支持力N，两力大小相等、方向相反，互相抵消，使得合力为0；并且两力共线，合力矩也为0；满足平衡的两个条件。当物体受到一外部小扰动后逆时针偏转，会受到一顺时针方向回复力矩使其回到原来位置，以触地点A为参考点，回复力矩大小等于重力G乘以A点到重力作用线的垂直距离d。由此可见，该物体处于稳定平衡状态。

稳定平衡

第二回合：平衡鸟是怎么保持平衡的呢？

首先，咱们先来观察一下平衡鹰的外形有什么特点？从下图很容易看到，相比在蓝天自由翱翔的鹰，平衡鹰的两只翅膀比较靠前，鹰嘴靠后位于翅根的位置。

自然界的鹰和平衡鹰的比较

用螺丝刀把平衡鹰拆开，我们又会看到什么呢？从图终中可以看到，平衡鹰的内部可不像大家想的那样简单是空心的，在它的左右翼尖处对称地放着两个配重。

平衡鹰内部结构

平衡鹰为什么要进行这样的设计呢？聪明的朋友可能猜到了，这样做是为了将平衡鹰模型的重心调节到鹰嘴（塔尖）附近。

当平衡鹰所受重力的作用线通过塔尖，即重心落在塔尖与地面之间所连竖直线上时，重力以及塔尖给的支持力不仅大小相等、方向相反，它们关于塔尖的重力矩为零，此时不仅满足合外力为0，合外力矩为0的条件，平衡鹰就会处于“平衡”状态。

• 当鹰的重心落在塔尖的下方时，平衡鹰处于稳定平衡状态。
• 当鹰的重心落在塔尖的上方时，平衡鹰处于不稳定平衡状态。
• 当鹰的重心落在塔尖上时，平衡鹰处于随遇平衡状态。