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非風(fēng)搖石石搖風(fēng)

？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？—漫話風(fēng)動石與平衡石

？？？？？？？？？？？ 王振東（天津大學(xué)力學(xué)系，天津300072）

？？？？ ？是石是星麗太空，非風(fēng)搖石石搖風(fēng)。

？？？？？ 云根直締槐杓上，月館堪梯小八鴻。

這是明代詩人文三俊關(guān)于風(fēng)動石的詩句。風(fēng)動石，又名兔石，是一種自然奇觀，通指傾斜懸立的巨石，與地面接觸面積很小，風(fēng)吹則石動搖搖欲墜，但又不會跌落懸崖。

？ 造化原來一只丸，東封幽谷萬層巒，

？ 天風(fēng)吹向關(guān)中墜，海飚還得逐勢轉(zhuǎn)。

？ 五丁欲舉難為力，一卒微排不飽餐。

？ 鬼神呵護誰能測，動靜機宜在此觀。

這是明朝督撫程朝京，為福建漳州東山風(fēng)動石所題寫的一首七言律詩。福建漳州東山風(fēng)動石以奇、險、懸，而居中國風(fēng)動石之最。早在明代張岱的《夜航船 荒唐部》記載：“漳州鶴鳴山上，有石高五丈，圍一十八丈，天生大盤石閣之，風(fēng)來則動，名風(fēng)動石?！笔w正面，有明朝武英殿大學(xué)士黃道周所題“銅山風(fēng)動石”大字，筆力雄渾遒勁。

？ ？ ？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 福建漳州東山縣銅陵鎮(zhèn)風(fēng)動石

銅山風(fēng)動石為花崗巖石質(zhì)，高4.37米，寬4.57米，長4.69米，重約200噸，上尖底圓，狀似仙桃，巍然“擱”在一塊臥地凸起且向海傾斜的磐石上，兩石的接觸面僅為十余平方厘米?？耧L(fēng)吹襲可使巨石輕輕搖晃。如果找來瓦片置于石下，選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，一個人就能把這碩大的奇石輕輕搖動起來。此時，瓦片“咯咯”作響，頃刻化為齏粉。站在風(fēng)動石下面，有一種驚險的感覺，嘆為天下奇觀。

1918年2月13日，東山島發(fā)生7.5級地震，山石滾落，屋倒人亡，可風(fēng)動石卻安然無恙。

“七七事變”后，日軍企圖搬走風(fēng)動石，日艦“太和丸”用鋼絲索系于風(fēng)動石上，開足馬力，可多條鋼絲索被拉斷了，風(fēng)動石卻紋絲未動，最后只得放棄這一企圖。

風(fēng)動石的奇妙之處就在于它前后左右重量平衡極佳，狂風(fēng)吹來時，石體左右晃動，但傾斜到一定角度就不會再動了，故為風(fēng)動石。為什么風(fēng)動石會風(fēng)吹石動搖搖欲墜，但又不會跌落懸崖？這要從力學(xué)穩(wěn)定性的概念來分析。

穩(wěn)定性概念最清楚的例子來自質(zhì)點力學(xué)，可以由一個圓球位于不同的狀態(tài)，得到形象地理解。以下4個圖表示重力場中，球在不同形狀表面上的狀態(tài)：圖A是穩(wěn)定的，圓球在凹面上，當(dāng)其偏離靜止位置時，由于重力引發(fā)的阻尼效應(yīng)，能自已回到原靜止位置；圖B是表面為水平的情況，其穩(wěn)定性是中性的，圓球偏離其原始位置時，仍在水平面上；圖C是不穩(wěn)定的，圓球在凸表面上時，對其靜止位置的微小偏離都會使球繼續(xù)偏離，遠離原靜止位置；圖D表示穩(wěn)定與否取決于擾動強度，圓球?qū)τ谛_動穩(wěn)定，對于大擾動不穩(wěn)定，這種情況稱為條件穩(wěn)定。

？？？？？？？？？ ？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 圖A？ 穩(wěn)定

？？？？？？？？？？？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 圖B？ 中性穩(wěn)定

？？？？？？？？？

？ 圖C？？ 不穩(wěn)定

？？？？？？？？？？？？？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 圖D？ 條件穩(wěn)定

？ 銅山風(fēng)動石雖動不倒，可看成是第四種情況，大風(fēng)吹來引起的擾動強度仍在條件穩(wěn)定允許的閾值范圍內(nèi)，所以搖晃后，還會回到原靜止位置。同樣，1918年的地震引發(fā)的銅山風(fēng)動石的擾動強度也是在條件穩(wěn)定允許的范圍內(nèi)。

？？ 世界上許多國家都有風(fēng)動石，下面是從網(wǎng)絡(luò)搜到幾個風(fēng)動石例子：

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？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 澳洲的風(fēng)動石

？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 非洲的風(fēng)動石

？？ 風(fēng)動石是怎樣形成的？
地質(zhì)學(xué)家認為風(fēng)動石的成因，有異地與原地之分。異地成因的風(fēng)動石就是從異地滾來的大石球（塊），如冰川搬運來的，地震時山崩滾下來的，洪水沖下來的等等。而大多數(shù)風(fēng)動石是原地形成的，即通過差異性風(fēng)化、剝蝕而來。堅硬的、難風(fēng)化的、不破碎的、裂隙少的巖石留存下來，而壓在其下的軟弱的、破裂多、易碎的、易水溶的巖石被剝蝕搬運而去，隨著上下巖層之間的接觸面積越來越小，景觀就越來越奇。地震是摧毀風(fēng)動石的最大殺手。如果由于其種原因，使風(fēng)動石的力學(xué)平衡被破壞，也就會轟然倒塌損壞。
許多國家將風(fēng)動石當(dāng)作旅游資源開發(fā)利用，如我國福建東山縣的銅山風(fēng)動石現(xiàn)在是中國4A級風(fēng)景區(qū)。筆者正因為2006年曾去銅山風(fēng)動石參觀，才思考風(fēng)動石的力學(xué)道型理，寫就這篇文章。

？？？？？

？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 2006年參觀銅山風(fēng)動石

？？？？ 有的國家還將風(fēng)動石加以修飾一番，以吸引旅游者。

？

？？？？？？ 緬甸將風(fēng)動石漆成金色，并在頂上加蓋了佛塔

？

？？？？？？？？？？？ 葡萄牙在兩塊風(fēng)動石之間蓋上房子

天然形成的風(fēng)吹可動又不倒的巖石，被稱之為風(fēng)動石，而不叫平衡石。平衡石（或平衡巖）當(dāng)狂風(fēng)吹時并不會動，其上下部巖石連接在一起，上部巖石的重心穩(wěn)穩(wěn)落在與下部巖石的接觸區(qū)域內(nèi)，也常形成很著名的旅游景色，如河北承德捧槌山，安徽黃山飛來石，貴州梵凈山蘑菇石。
河北承德避暑山莊旁有座棒槌山，遠遠看去，像以前民間婦女捶打衣物的棒槌一樣?，F(xiàn)在山下已有空中纜車直達棒槌峰下，到了峰下再順山坡攀登，就可以到達山跟前。因民間有“摸到棒槌山，活到一百三”的傳說，前來觀光旅游的人，多想要親手摸一摸棒槌山。

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？？？？？？？？？？？？？？？？？ 河北承德捧槌山

安徽黃山千巖萬壑，有許多靈幻奇巧的怪石，其形成期約在100多萬年前的第四紀(jì)冰川期，飛來石奇觀 位于光明頂西北方，“飛來石”并非天外飛來，它與下部的基座平臺原系一體，都是由黃山巖體的中細粒斑狀花崗巖所構(gòu)成；在山體的不斷抬升中，由于風(fēng)化剝蝕，冰川流水和重力崩塌，使四周巖塊逐漸被剝離脫落，基座平臺面上的接觸面變得很小，最終形成了兀立于高座平臺之上的“飛來石”奇觀。有詩云：“策杖游茲峰，怕上最高處。知爾是飛來，恐爾復(fù)飛去?！?

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？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 安徽黃山飛來石

？梵凈山是著名的佛教名山，位于貴州省銅仁市的印江自治縣、江口縣、松桃自治縣交界處，為武陵山脈的主峰，海拔2494米。原始生態(tài)保存完好，1982年被聯(lián)合國列為一級世界生態(tài)保護區(qū)，2012年被國家旅游局批準(zhǔn)為國家4A級旅游景區(qū)。蘑菇石是梵凈山的著名景點。

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？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？ 貴州梵凈山蘑菇石

？

？？？？？？？？？？？？？？ 加拿大東海邊的平衡石

？ 參考文獻
1. 王振東，野渡無人舟自橫 —談流體流動中物體的穩(wěn)定性，力學(xué)與實踐，1992，14（4）：76~78
2. 王振東，風(fēng)乍起、吹皺一池春水 —談流體運動的不穩(wěn)定性，力學(xué)與實踐，1994，16（5）：77~78
3. 劉延柱，關(guān)于白行車的穩(wěn)定性，力學(xué)與實踐，2012，34（2）：90~93
4. 王振東，介紹《普朗特流體力學(xué)基礎(chǔ)》，力學(xué)與實踐，2010，32（6）：126

？Talk about on Pneumatic stones and Balancing stones

？？？？？？？？？？？？？？？ WANG？ Zhendong

關(guān)鍵詞：風(fēng)動石，平衡石，穩(wěn)定性，不穩(wěn)定性
摘要：以福建銅山風(fēng)動石為代表，從力學(xué)穩(wěn)定性慨念出發(fā)討論了風(fēng)動石的力學(xué)原理。以安徽黃山飛來石等為例，討論了平衡石的力學(xué)原理。