穩(wěn)固結構探析6

緬甸遭強臺風襲擊在日常生活中，我們時常會看到翻到在地的物體。是什么原因出現(xiàn)了圖上所示的現(xiàn)象？

在臺風來之前它是穩(wěn)定的！是什么原因出現(xiàn)了不平衡狀態(tài)？

那到底什么樣的結構是穩(wěn)定的，什么樣的結構又是不穩(wěn)定的？物體穩(wěn)定與不穩(wěn)定的程度又如何評價？第二節(jié)穩(wěn)固結構的探析結構的穩(wěn)定性：結構的穩(wěn)定性是指結構在負載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。結構的穩(wěn)定性與什么因素有關？想一想：

填表說明下表中的物體有可能因受哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因。馬上行動（P012）物體受到的外力不穩(wěn)定的主要因素廣告牌

落地燈底小口大的空竹簍重力、風力底座小、重心高、受風面積大重力、撞擊力底座小、重心高重力、撞擊力底座小、重心高（一）影響結構穩(wěn)定性的主要因素：[實驗探究1]：拿一本書，讓它直立在桌面上，它馬上傾倒了，顯然，其穩(wěn)定性不好。同樣的一本書，把它的下端各書頁展開一定的角度，仍舊將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撐面積的大小1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。A.落地電風扇或者賓館里的落地燈，它們都有一個比較大的底座。結構的底座，結構與地面接觸所形成的支撐面大,穩(wěn)定。B：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，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，穩(wěn)定性就越好。C.為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？

這是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。注意：支撐面≠接觸面。接觸面:是物體與地面接觸形成的面。支撐面:是物體與地面接觸形成支撐點的連線與地面構成的面。接觸面支撐面[實驗探究2]：落地扇為什么不易傾倒？

落地扇的底座采用較重的材料，風扇比底座輕很多，使落地扇的重心降低。

2．結構的穩(wěn)定性與重心位置有關。物體重心越低，越穩(wěn)定。因素二：重心位置A.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？不倒翁雞蛋.flv

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，當鐵環(huán)達到一定數(shù)量時，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結構的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。B.以前的農(nóng)作物個子高，遭遇暴風驟雨容易傾覆，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構穩(wěn)定的原理。C.比薩斜塔為什么不倒塌？1590年，意大利的偉大科學家伽俐略，曾在斜塔的頂層做過自由落體運動的實驗，讓兩個重量相差10倍的鐵球，同時從塔頂落下，結果，兩球同時著地，一舉推翻了束縛人們思想近2000年的希臘著名學者亞里士多德關于重量不同的物體其下落的速度也不相同的“物體下落速度與重量成正比”的理論。伽俐略開創(chuàng)了實驗物理的新時代，被人們稱為“近代科學之父”，而他用來做實驗的斜塔也因而更加遐邇聞名。

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光，也就不會有這么多便宜可占了。

通過分析長方體重心的垂線位置與穩(wěn)定性示意圖，使學生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。結構重心的位置：結構重心所在點的垂線是否落在結構底面的范圍內(nèi)，落在就是穩(wěn)定的，沒有就是不穩(wěn)定的。

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。小實驗

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。小資料：中國的斜塔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。

3、結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關。

A、A字形梯為什么載人時能夠保持穩(wěn)定？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。

因為三角支架與地面有三個接觸點，形成的三角形結構使照相機的支撐架更容易穩(wěn)定。B、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？因素三：結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關。

建筑中廣泛運用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構成的；鋼架結構的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結構的質(zhì)量，又有效地加強了結構的強度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結構中都被普遍地采用。補充（三角形穩(wěn)定性的應用）：靜止狀態(tài)的單車如何保持穩(wěn)定（課本：P14）

[案例分析]：（1）雙腿支撐（2）單腿支撐1.調(diào)整單腳支撐位置，研究何時最易倒下，何時最平衡？自行車騎起來時，只有兩個支撐點，為什么不會倒下呢？探究注意：自行車的支撐架與地面的夾角不能太小，否則，自行車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，自行車本身不能自我平衡，需要加一支撐腳。當由騎車人和自行車構成一個系統(tǒng)時，系統(tǒng)動起來之后，騎車人為系統(tǒng)注入動力，從而在自行車前進的時候，通過人的不斷調(diào)節(jié)，自行車和騎車人與地面垂直，使自行車的重心落在車輪與地面接觸的面積內(nèi)。因此，在沒有明顯的外力干涉時，這一動態(tài)系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出一種穩(wěn)定。2.走鋼絲的人為什么要拿一條長棒？3.靜止狀態(tài)下陀螺會傾倒，而當它高速旋轉時卻可以立起來？

這個謎，直到本世紀八十年代初才解開。一位美國的物理系研究生，通過電腦進行復雜的運算，終于從理論上解決了。問題就出在旋轉速度和摩擦上了。陀螺在旋轉起來時，支持點周圍也不免與支持面（桌面）產(chǎn)生摩擦，而這種旋轉的物體總是使運動趨向于摩擦更小的狀態(tài)。當陀螺搖搖晃晃地立起來，終于使一個尖端著地時，就逐漸達到了支持點面積最小，穩(wěn)定旋轉的狀態(tài)，水平的能量轉化成為繞對稱軸旋轉的動作。當然，由于摩擦，它的轉速又會慢慢減小。然后開始搖晃，最后，倒下來，因為這時它要趨向重心更低，更穩(wěn)定的狀態(tài)。

陀螺效應：凡是高速旋轉的物體，都有一種使轉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動也不會倒下。所以一旦自行車運動起來后，轉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。馬上行動：摩托車的支撐架（課本：P14）

運動狀態(tài)下與靜止狀態(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。結構的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩(wěn)定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結構實現(xiàn)某些功能。不穩(wěn)定的結構應用：１.倒置的啤酒瓶可以預報地震。２.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。(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？(4)P023頁第1題練習:(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