第二節(jié) 穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析

1、第二節(jié)第二節(jié) 探究結(jié)構(gòu)探究結(jié)構(gòu)臺(tái)風(fēng)來(lái)襲之后臺(tái)風(fēng)來(lái)襲之后樹(shù)歪了樹(shù)歪了房塌了房塌了廣告牌倒了廣告牌倒了汽車(chē)壓扁了汽車(chē)壓扁了還有一些屹立不倒的還有一些屹立不倒的一、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性一、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(P12) 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷荷載的作用下，載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。維持原有平衡狀態(tài)的能力。想一想：想一想：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究1： 如何讓你的通用技術(shù)教材直立在桌如何讓你的通用技術(shù)教材直立在桌面上。面上。因素一：支撐面積的大小因素一

2、：支撐面積的大小1.1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關(guān)穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關(guān)支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。 一本書(shū)，把它的下端各書(shū)頁(yè)展開(kāi)一定的角度，一本書(shū)，把它的下端各書(shū)頁(yè)展開(kāi)一定的角度，將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。想一想想一想為什么大壩的橫截面總是建成梯形？為什么大壩的橫截面總是建成梯形？ 大壩需要承受很大的力的作用，大壩需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了求非常穩(wěn)固

3、。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定性就越好。越大越堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定性就越好。為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？ 這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。注意：注意：支撐面支撐面接觸面。接觸面。接觸面接觸面:是物體與地面接觸形成的面。支撐面支撐面:是物體與地面接觸形成支撐點(diǎn)的連線與地面構(gòu)成的面。想一想想一想 臨時(shí)擺放的屏風(fēng)臨時(shí)擺放的屏風(fēng)為什么擺成字型，為什么擺成字型，而不擺成一字型？而不擺成一字型？ 落地扇的底座采

4、用較重的材料，風(fēng)扇比底落地扇的底座采用較重的材料，風(fēng)扇比底座輕很多，使落地扇的重心降低。座輕很多，使落地扇的重心降低。 實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究2：落地扇為什么不易傾倒？：落地扇為什么不易傾倒？2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。越穩(wěn)定。因素二：重心位置因素二：重心位置比薩斜塔為什么不倒塌？比薩斜塔為什么不倒塌？ 它從1174年始建，1350年竣工，經(jīng)歷了176年。但由于塔身過(guò)重，地質(zhì)松軟，因此塔身仍以每年125毫米的速度向南傾斜。到1999年1月，塔頂比中軸線偏斜已達(dá)48米。意大利當(dāng)局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛征求保護(hù)方案，同時(shí)在塔的北側(cè)加

5、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。結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線是否落在的垂線是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)內(nèi) ， 落在就是穩(wěn)定的，落在就是穩(wěn)定的，沒(méi)有就是不穩(wěn)定沒(méi)有就是不穩(wěn)定的。的。想一想想一想 要提高這種籃球架的穩(wěn)定要提高這種籃球架的穩(wěn)定性可以怎么做？性可以怎么做？ 在籃球底座上加些比較在籃球底座上加些比較重的石板之類(lèi)的重物。重的石板之類(lèi)的重物。是為了使籃球架的重心是為了使籃球架的重心向后偏移，重心所在點(diǎn)向后偏移，重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定范圍內(nèi)，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件

6、。的基本條件。還有什么方法嗎？還有什么方法嗎？可以增大底座與地面的接觸可以增大底座與地面的接觸面，這樣也可以使重心所在面，這樣也可以使重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)。圍內(nèi)。?【思考】： 不倒翁之謎不倒翁之謎 （紅點(diǎn)為不倒翁的重心，藍(lán)色箭頭為重心的垂線）不倒翁不倒？不倒翁不倒？ 不倒翁的底部有一個(gè)較重的東西鉛塊或鐵塊，所以，不倒翁的重心很低。 不倒翁直立時(shí)，重心低，重心垂線落在支撐面上；當(dāng)向右歪倒時(shí)，不倒翁的重心升高，重心垂線落在支撐面上左側(cè)，在重力的作用下，不倒翁會(huì)向左滾動(dòng)，使不倒翁直立起來(lái)。反之，向左歪倒時(shí)，不倒翁的重心也升高，重心垂線落在支撐面的右側(cè)，在重力的

7、作用下，不倒翁會(huì)向右滾動(dòng)，再次使不倒翁直立起來(lái)。因此，不倒翁就不倒了。A字形梯為什么載人時(shí)能夠保持穩(wěn)定？如果沒(méi)有梯子中間的拉桿將會(huì)怎么樣？（P12）因素三：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。 一般情況下，梯子打開(kāi)的時(shí)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(gè)梯面的橫桿拉直時(shí)，兩個(gè)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(jìn)一步加強(qiáng)了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒(méi)有梯子中間的拉桿，載人時(shí)就不能保持穩(wěn)定。靜止?fàn)顟B(tài)的單車(chē)如何保持穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài)的單車(chē)如何保持穩(wěn)定 案例分析案例分析：（1）雙腿支撐 （2）單腿支撐 1.1.調(diào)整單腳支撐位置，研究何時(shí)最易倒下，何時(shí)最平衡？調(diào)整

8、單腳支撐位置，研究何時(shí)最易倒下，何時(shí)最平衡？自行車(chē)騎起來(lái)時(shí)，只有兩個(gè)支撐點(diǎn)，為什么不會(huì)倒下呢？自行車(chē)騎起來(lái)時(shí)，只有兩個(gè)支撐點(diǎn)，為什么不會(huì)倒下呢？探究探究注意：自行車(chē)的支撐架與地面的夾角不能太小，否則，自行車(chē)的自身重力集中在支撐架上，同樣容易失去平衡。 在靜止情況下，自行車(chē)本身不能自我平衡，需要加在靜止情況下，自行車(chē)本身不能自我平衡，需要加一支撐腳。當(dāng)由騎車(chē)人和自行車(chē)構(gòu)成一個(gè)一支撐腳。當(dāng)由騎車(chē)人和自行車(chē)構(gòu)成一個(gè) 系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)起來(lái)之后，騎車(chē)人為系統(tǒng)注入動(dòng)力，從而在自行車(chē)前動(dòng)起來(lái)之后，騎車(chē)人為系統(tǒng)注入動(dòng)力，從而在自行車(chē)前進(jìn)的時(shí)候，通過(guò)人的不斷調(diào)節(jié)，自行車(chē)和騎車(chē)人與地面進(jìn)的時(shí)候，通過(guò)人的

9、不斷調(diào)節(jié)，自行車(chē)和騎車(chē)人與地面垂直，使自行車(chē)的重心落在車(chē)輪與地面接觸的面積內(nèi)。垂直，使自行車(chē)的重心落在車(chē)輪與地面接觸的面積內(nèi)。因此，在沒(méi)有明顯的外力干涉時(shí)，這一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能夠表因此，在沒(méi)有明顯的外力干涉時(shí)，這一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出一種穩(wěn)定?，F(xiàn)出一種穩(wěn)定。1 1、結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的形狀、2 2、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐 面積的大小面積的大小3 3、重心的位置。、重心的位置。小結(jié)：小結(jié)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素（影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素（P12）不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報(bào)地震。.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時(shí)能自動(dòng)翻倒打水。 生活中有這樣

10、的情況，人坐在一只小板凳上，用生活中有這樣的情況，人坐在一只小板凳上，用力搖幾下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗力搖幾下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗戶的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，戶的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，險(xiǎn)些釀成大禍。險(xiǎn)些釀成大禍。 根據(jù)你的理解，結(jié)合教材，上述情況是什么原因造成的？根據(jù)你的理解，結(jié)合教材，上述情況是什么原因造成的？ 那我們?nèi)绾蝸?lái)評(píng)價(jià)這條板凳、這個(gè)防盜網(wǎng)呢那我們?nèi)绾蝸?lái)評(píng)價(jià)這條板凳、這個(gè)防盜網(wǎng)呢? ?我們就要用到我們今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容：強(qiáng)度。我們就要用到我們今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容：強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力結(jié)構(gòu)

11、具有的抵抗被外力破壞的能力（P13） 我們知道穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)的能力，強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個(gè)強(qiáng)度問(wèn)題，那么椅子會(huì)不會(huì)左右晃動(dòng)，搖擺，那就是一個(gè)穩(wěn)定性問(wèn)題了。強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別： 二、結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度二、結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度1 1、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 （P13P13） 是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗外力被破壞的是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗外力被破壞的能力。能力。2 2、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過(guò)構(gòu)件和材料來(lái)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過(guò)構(gòu)件和材料來(lái)體現(xiàn)的。體現(xiàn)的。3、強(qiáng)度與應(yīng)力 構(gòu)件在外力作用下，會(huì)變形，同時(shí)構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力發(fā)生了改

12、變，這種作用力的改變稱(chēng)作內(nèi)力。 在外力與材料不變的條件下，構(gòu)建被破壞的危險(xiǎn)程度還與它的截面積有關(guān)。 構(gòu)件單位截面面積所受的內(nèi)力稱(chēng)為構(gòu)件應(yīng)力。（P14）應(yīng)力和強(qiáng)度的關(guān)系：應(yīng)力和強(qiáng)度的關(guān)系： 這只是我們一個(gè)籠統(tǒng)的說(shuō)法，我們?nèi)绾蝸?lái)衡量一件東西的強(qiáng)度呢。那就要用到我們以前學(xué)習(xí)的應(yīng)力的知識(shí)。l在保持結(jié)構(gòu)不被破壞的情況下，結(jié)構(gòu)能承受的應(yīng)力越大，結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。 v應(yīng)力F/S其中F為內(nèi)力；S為受力面積（橫截面）一名重600N 的運(yùn)動(dòng)員從高處跳下，落在水平地面上，與地面的相互作用力的最大值為1500N，雙腳與地面的接觸面積為150 2 ，求雙腳與地面間的平均應(yīng)力的最大值。解：解：F/S=1500N /1.5 10-

13、2m2 =1.0105Pa 答：雙腳與地面間的平均應(yīng)力的最大值為1.0105Pa 。4、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素(1)結(jié)構(gòu)的材料（結(jié)構(gòu)的材料（P16）組成結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)材料：塑料、木材、鋼材。組成結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)材料：塑料、木材、鋼材。4、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素（2）材料的形狀（）材料的形狀（P16）注意：注意：結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀，二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。A A、 結(jié)構(gòu)的外部形狀結(jié)構(gòu)的外部形狀 三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一, ,它

14、結(jié)實(shí)、它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定、所用材料最少。穩(wěn)定、所用材料最少。 在長(zhǎng)方形或六邊形的框架中間，加上支撐構(gòu)件，在長(zhǎng)方形或六邊形的框架中間，加上支撐構(gòu)件，構(gòu)成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。構(gòu)成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。B B、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。1.1.相同材料，相同截面積，不同截面形狀相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構(gòu)件強(qiáng)度不同。的構(gòu)件強(qiáng)度不同。2.結(jié)構(gòu)的外形相同，構(gòu)件的截面不同，結(jié)構(gòu)的外形相同，構(gòu)件的截面不同，其強(qiáng)度不一樣。其強(qiáng)度不一樣。因素因素3 3：構(gòu)件之間的連接方式：構(gòu)件之間的連接方式：三、結(jié)構(gòu)的連接 結(jié)構(gòu)的連接是指通過(guò)一定的連接物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。 結(jié)

15、構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類(lèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類(lèi)（P19P19） 鉸連接鉸連接 剛連接剛連接 鉸連接：鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，但可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有但可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有合頁(yè)、松螺栓、松鉚合頁(yè)、松螺栓、松鉚等等，如門(mén)與門(mén)框的連接。，如門(mén)與門(mén)框的連接。 剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，也不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有榫接、膠接、焊接等,如固定鐵床架、不可移動(dòng)的桌腿與桌面的連接等。膠接膠接榫接榫接榫接榫接膠接膠接焊接焊接小結(jié)：小結(jié)：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素：1 1、結(jié)構(gòu)的材料、結(jié)構(gòu)的材料2 2、結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的形狀、3 3、

16、結(jié)構(gòu)連接方式、結(jié)構(gòu)連接方式（1）對(duì)一個(gè)用）對(duì)一個(gè)用4根小木條釘成的相根小木條釘成的相片框片框,使它更牢固的做法是什么使它更牢固的做法是什么?（2）在自行車(chē)各部件之間的連接中在自行車(chē)各部件之間的連接中, ,三角架屬于三角架屬于_連接；剎車(chē)連桿之間屬于連接；剎車(chē)連桿之間屬于_連接。連接。馬上行動(dòng)馬上行動(dòng)可用直角鐵片固定在連接處的背面，可用直角鐵片固定在連接處的背面，或用木條在角邊形成三角形?；蛴媚緱l在角邊形成三角形。剛連接；剛連接；鉸連接鉸連接（3）比較）比較下下圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式,請(qǐng)預(yù)言請(qǐng)預(yù)言哪種連接方式的強(qiáng)度更好。哪種連接方式的強(qiáng)度更好。 左邊的榫卯連接的強(qiáng)度最大，上下、左右、前左邊的榫卯連接的強(qiáng)度最大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住，所以強(qiáng)度最大。中間后各方向都被牢牢固定住，所以強(qiáng)度最大。中間的連接方式強(qiáng)度最小，釘子是從側(cè)面釘進(jìn)去的，的連接方式強(qiáng)度最小，釘子是從側(cè)面釘進(jìn)去的，中間的橫梁不能承受較重物體的壓力，所以強(qiáng)度中間的橫梁不能承受較重物體的壓