1-3结构的稳定性

结构的稳定性超高的车辆容易翻倒台风过后某公园里F倒摆稳定性概念稳定性概念稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，即为稳定；不能回到原有平衡状态，为不稳定。结构具有阻碍翻倒或移动的特性，就是结构稳定性。接触面与支持面•接触面是物体与地面接触形成的面。•支撑面是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面的构成的面。（一）影响结构稳定性的主要因素：[实验探究1]：拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撑面积的大小1.稳定性与支撑面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较大的底座。结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定。落地扇为什么不易倾倒？想一想：不倒翁为什么不容易倒？影响稳定性的因素之一结构的形状影响稳定性——支撑面积；几何形状为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？矿泉水瓶装满水，分别为正立、倒立，哪一种放置最稳？哪一种放置最不稳？为什么？想一想：为什么大坝的横截面总是建成梯形的？•大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。稳定的几何形状有：三角形、六边形、Z字形等、结构的几何形状影响稳定性照相机的支撑架为什么用三角架支撑而不用四角架？五角架……A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？想一想：一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。三角形稳定性的应用不倒翁上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定。所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。影响稳定性的因素之二—重心位置不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上斜挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。课堂小游戏熟鸡蛋当从侧面让它旋转起来时，它就会竖直地站立起来，哪到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？如何不借助其他物品让一煮熟的鸡蛋竖立在光滑的桌面上?•物体运动只能使它趋向于降低重心，而鸡蛋一转，由平放而立起重心反而提高了；另外，谁都知道陀罗定向，鸡蛋在桌面上绕竖直轴转动时，转的方向不动而鸡蛋自己翻身而起；其三，任何物体底面越平越稳定，鸡蛋却偏偏不安于现状，偏要一尖儿着地立起来，本来是躺着时与桌面接触面积更大的状态更稳。•鸡蛋在旋转起来时，支持点周围也不免与支持面（桌面）产生摩擦，而这种旋转的物体总是使运动趋向于摩擦更小的状态。当鸡蛋摇摇晃晃地立起来，终于使一个尖端着地时，就逐渐达到了支持点面积最小，稳定旋转的状态，水平的能量转化成为绕对称轴旋转的动作。当然，由于摩擦，它的转速又会慢慢减小。然后开始摇晃，最后，倒下来，因为这时它要趋向重心更低，更稳定的状态。为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢?影响稳定性的因素思考结构稳定性的基本条件：重心所在点的垂线应落在结构支撑面内。重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内•以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。这是利用了什么的原理？由此你得出什么结论？影响结构稳定性的主要因素：1.结构的形状2.重心位置的高低3.结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构稳定性的因素是相互关联的如何增加结构的稳定性2.增大结构的底面面积。3.降低结构的整体重心位置。4.减小长细比：长细比指的是结构的纵向长度与横向截面的最大尺寸之比。1.利用三角形框架及其组合结构，可以有效地增加结构的稳定性。不稳定的结构应用：１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。２.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。强度与稳定性的联系与区别•稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。•强度问题是一个应力问题；稳定问题是一个变形问题。•例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动、摇摆，那就是一个稳定性问题了。填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因。马上行动（P012）物体受到的外力不稳定的主要因素广告牌落地灯底小口大的空竹篓重力、风力底座小、重心高、受风面积大重力、撞击力底座小、重心高重力、撞击力底座小、重心高静止状态的单车如何保持稳定（课本：P14）[案例分析]：（1）双腿支撑（2）单腿支撑1.调整单脚支撑位置，研究何时最易倒下，何时最平衡？自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？探究注意：自行车的支撑架与地面的夹角不能太小，否则，自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。在静止情况下，自行车本身不能自我平衡，需要加一支撑脚。当由骑车人和自行车构成一个系统时，系统动起来之后，骑车人为系统注入动力，从而在自行车前进的时候，通过人的不断调节，自行车和骑车人与地面垂直，使自行车的重心落在车轮与地面接触的面积内。因此，在没有明显的外力干涉时，这一动态系统能够表现出一种稳定。3.静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？问题就出在旋转速度和摩擦上了。陀螺在旋转起来时，支持点周围也不免与支持面（桌面）产生摩擦，而这种旋转的物体总是使运动趋向于摩擦更小的状态。当陀螺摇摇晃晃地立起来，终于使一个尖端着地时，就逐渐达到了支持点面积最小，稳定旋转的状态，水平的能量转化成为绕对称轴旋转的动作。当然，由于摩擦，它的转速又会慢慢减小。然后开始摇晃，最后，倒下来，因为这时它要趋向重心更低，更稳定的状态。结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变多功能起子（三）、结构与功能:小结一、结构的稳定性影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度影响结构强度的三因素：结构的形状、结构的材料与连接三、结构与功能•案例分析-古代日本的卓越智慧日本的建筑物自古以来一直以木头为原料，包括不少较高的建筑，京都和奈良的寺庙里耸立着的五重塔即属古代的高层建筑。约在１３００多年前，源于印度的放有释迦佛骨的佛塔「卒塔婆」经由中国和朝鲜半岛传到了日本。后来，这种佛塔渐渐地演变成为日本独特的五重塔。在地震多发的日本，经历过无数次地震的五重塔始终没有被震毁，其优美典雅的建筑风貌一直保持至今。其原因究竟何在?探其原因，首先要关注的是其所使用的原材料。五重塔是完全的木结构建筑，在受到震力时，其木料会相应发生或弯或扭的变形，但是，整个塔身却不会倒塌。而当震力消失后，木料便会恢复原状。木料所具有的柔性把地震发生时所产生的巨大能量吸收掉了。原因之二是，在五重塔的整个结构中也同样存在着这种柔性，也就是说，整个五重塔是一个柔性结构，其构件与构件的结合部位几乎不使用铁钉，而是利用嵌入方式进行连接，即把一构件上的榫头嵌入另一构件的凹凿处。这样，当地震发生时，构件之间的结合部会吱吱嘎嘎地作响，或会歪扭，但是，来自地面的震力却不易向上传导。在五重塔的建筑结构中，这种嵌入式构件结合部据说有约1000处，整个建筑的结构就好像柔韧的魔芋。五重塔不倒的第三个原因，即五重塔是由五块魔芋构筑起来的。五块魔芋构成一个组合，它就能站立起来。实际上，五重塔的五个层面，不是被称为“五层”，而是被称为“五重”，因为它不是一个建筑的五个层面，而是五个构筑体以嵌入式的方法像套盒一般地重叠在一起。在地面发生震动时，正是这种嵌入式套盒结构，使重叠的各构筑体仅仅出现缓缓的摇晃，即左右重心平衡，是挑着担子的玩具偶人的名字。玩具偶人之所以能保持平衡，是因为其左右臂上的重坠低于支点。如果左则重坠下降的话，那么，左右两侧的重坠与支点之间的水平距离就会不同，如①与②那样。也就是说，因为②的距离变长了，右臂上的重坠就会下降。如此不断反复，从而保持整体平衡。