結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性(1)課件

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

●結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性生活中，常能看到——大風(fēng)吹歪了花盆風(fēng)吹倒路邊的自行車一、什么是結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性？●結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性平衡破壞，翻車了一、什么是結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性生活中，常能看到——●結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性受到風(fēng)力作用，廣告牌子倒了！生活中，常能看到——一、什么是結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性●結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性以上各例，共同點：結(jié)構(gòu)體本身并沒有破壞（本身完好），只是在受到作用下自身平衡狀態(tài)被打破，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體歪了、倒了、翻了等力學(xué)非平衡現(xiàn)象。一、什么是結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性●結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)在負載的作用下維持其原有的平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。進行產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性符合使用需求。一、什么是結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性然而同樣的大風(fēng)，有的物體沒有歪倒，有的歪倒了?？梢姡翰煌慕Y(jié)構(gòu)體，其抗御負載作用維持自身平衡的能力即結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不同。那么，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的

因素主要有哪些？

探究試驗一：鐵塊和泡沫的組合體鐵塊泡沫泡沫鐵塊．．重心結(jié)論：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素一：注：重心越低越穩(wěn)定。重心的高低。例1、單從電動自行車的穩(wěn)定性看，哪種電池

位置的設(shè)計比較好？√答：右車電池位置較低，使整車的重心較低，穩(wěn)定性增強。右車電池位置設(shè)計使車穩(wěn)定性更好。√例2、除底座材質(zhì)不同外，其他部位、外形都相同的兩落地扇，哪種不易傾倒？

底座是金屬盤底座是橡膠盤答：底座是金屬盤的不易傾倒。原因：金屬密度大，更重，使整扇重心更低，更穩(wěn)定。不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？研究不倒翁的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當(dāng)鐵環(huán)達到一定數(shù)量時，不倒翁就不在是不倒翁了?！窠Y(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性二、影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素有哪些？

●重心的高低。重心越低，穩(wěn)度性越好。以前的農(nóng)作物個子高，遭遇暴風(fēng)驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原理。

比薩斜塔為什么會斜而不倒？

它從1174年始建，1350年竣工，經(jīng)歷了176年。但由于塔身過重，地質(zhì)松軟，因此塔身仍以每年1．25毫米的速度向南傾斜。到1999年1月，塔頂比中軸線偏斜已達4．8米。意大利當(dāng)局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛征求保護方案，同時在塔的北側(cè)加壓了830噸的鉛塊，并在塔身的三分之一處加了一圈銅纜，向北牽拉固定。不過斜有斜的好處，每天為“斜”而來的參觀者多達10余萬人，扔下大把大把的銀子。如果它是一座正塔，比薩就不會有今天的風(fēng)光，也就不會有這么多便宜可占了。探究性試驗二：活動方形架

重心所在點的垂線落在支撐面的范圍，就是穩(wěn)定的。

例如：一摞書，整齊放置時的穩(wěn)如泰山；另一種放法：每本都往一邊慢慢往外放置，到一定程度時一摞書就全倒了。結(jié)論：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素：小資料二：中國的斜塔

遼寧瑞州古塔，現(xiàn)存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。蘇州的虎丘塔虎丘塔高47.7米，比意大利比薩斜塔矮6米；塔尖偏離中心2.34米，是比薩塔的一半；虎丘塔建于961年，比比薩塔早完工390年。因為地基不牢，重6000噸的塔便傾向土堆的一邊。

例3、下面凳子的腿一個向里收，一個豎直，一個向外叉開。單從穩(wěn)定性看，哪種最好？為什么？√凳腿向外叉開，四個腿和地面接觸處連線所圍支撐面更大，重力作用線不易落到支撐面外，穩(wěn)定性自然更好。

（注意“接觸面”和“支撐面”的區(qū)別）√思考：為什么艾菲爾鐵塔的底座很大？

結(jié)論：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素二：

注:

支撐面越大越堅實，穩(wěn)定性就越好。

支撐面的大小。結(jié)構(gòu)的支撐面結(jié)構(gòu)的接觸面提示：注意接觸面與支撐面的區(qū)分。例5、為什么大壩的橫截面總是建成梯形？

答：大壩建成梯形，大壩自身重心更低，同時也增大了壩與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大穩(wěn)定性就越好。

例6、眾所周知，落地扇不易傾倒。落地扇穩(wěn)定性好的原因是什么嗎？答：原因總結(jié)落地扇的重心低；（底座采用較重的材料）底座和地面接觸面積大（重力作用線落在支撐底面內(nèi)）探究性試驗三：不同結(jié)構(gòu)形狀的框架：結(jié)論：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素三：注：三角形有較好的穩(wěn)定性

結(jié)構(gòu)的形狀人們利用梯子可以登高。請分析A字形梯載人時能穩(wěn)定的原因，如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？一般情況下，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩(wěn)。當(dāng)連接兩個梯面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉桿，載人時就不能保持穩(wěn)定。

生活中我們有這樣的經(jīng)驗，一個物體要有三個支撐點才能穩(wěn)定，如果只有兩個就會倒下。但是，自行車在騎起來時，卻只有兩個支撐點，為什么不會倒下？思考：再如陀螺，轉(zhuǎn)動起來不易歪倒等等。陀螺效應(yīng)：凡是高速旋轉(zhuǎn)的物體，都有一種使轉(zhuǎn)動軸保持不變的能力，這種能力使得陀螺即使在不平的支持面上轉(zhuǎn)動也不會倒下。所以一旦自行車運動起來后，轉(zhuǎn)動的車輪也具備這種能力，這種能力使得自行車即使發(fā)生了傾斜，也能自動地把自行車調(diào)整過來，這就是自行車不倒的原因?？梢姡航Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還和結(jié)構(gòu)體的運動狀態(tài)有關(guān)。例7、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？

答：要使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，必須要有支撐面，而要產(chǎn)生支撐面，和地面至少要有3個觸點；同時，3點決定一平面，可使照相機隨放隨穩(wěn)，不會出現(xiàn)因凸凹不平而放不穩(wěn)的現(xiàn)象；三角架是用料最省、最簡單的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。例8、分析下列兩種自行車能夠穩(wěn)定地停放在地面上的原因。分析如上圖。敘述略。

思考：自行車如果沒有任何支腿，僅靠前后輪的兩個觸地點，能否靜止不歪倒？騎行時為什么能不歪倒？“思考”參考答案：不能。因為前后輪的兩個觸地點在地面上無法形成支撐面（支撐面積為0），無法穩(wěn)定。騎行時，車處于運動狀態(tài)，使其穩(wěn)定性增大。

例9、臨時擺放的屏風(fēng)為什么擺成“Ｚ”字型，而不擺成“一”字型？答：可增大接觸面連線所圍支撐面的面積，從而提高屏風(fēng)的穩(wěn)定性。如下圖示意：日常生活中我們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負載，那么我們是否也可以利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)某些功能呢？例10、倒置的啤酒瓶可以監(jiān)測地震。為什么？答：倒置時支撐面變小，而重心升高，所以穩(wěn)定性變差。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，地面稍有晃動，瓶即傾倒。人們尋聲就可知道發(fā)生地震了。思考：類似的例子同學(xué)們能再舉一個嗎？答：例如張衡的地動儀。欹（音qī

奇）器，又常被稱做歌器。它是一種灌溉用的汲水罐器，是我國古代勞動人民在生產(chǎn)實踐中的創(chuàng)造。欹器有一種奇妙的本領(lǐng)：未裝水時略向前傾，待灌入少量水后，罐身就豎起來一些，而一旦灌滿水時，罐子就會一下子傾覆過來，把水倒凈，爾后又自動復(fù)原，等待再次灌水。例11、在深井用桶打水，桶口邊常掛一重物，在水面處能自動使空桶翻倒來打水。(3)在我國四川的廣漢三星堆出土的器具有許多都是尖底的。怎么擺放才穩(wěn)定呢？練習(xí):(1)在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保持自己的沒摔倒？(2)貨物應(yīng)盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？人的身體的穩(wěn)定性取決于支撐面的大小和人體姿勢重心的高低，在一定范圍內(nèi)，兩腳分得越開，則重心越低，支撐面變大，越穩(wěn)定！本節(jié)內(nèi)容小結(jié)