穩(wěn)固結(jié)構(gòu)探析6

緬甸遭強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊在日常生活中，我們時(shí)常會(huì)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(tái)風(fēng)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(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？物體穩(wěn)定與不穩(wěn)定的程度又如何評(píng)價(jià)？第二節(jié)穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？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(yàn)，簡要說明原因。馬上行動(dòng)（P012）物體受到的外力不穩(wěn)定的主要因素廣告牌

落地?zé)舻仔】诖蟮目罩窈t重力、風(fēng)力底座小、重心高、受風(fēng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：[實(shí)驗(yàn)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(guān)支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。A.落地電風(fēng)扇或者賓館里的落地?zé)簦鼈兌加幸粋€(gè)比較大的底座。結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)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(jiān)實(shí)，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(jìn)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(diǎn)的連線與地面構(gòu)成的面。接觸面支撐面[實(shí)驗(yàn)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(fēng)扇比底座輕很多，使落地扇的重心降低。

2．結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。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(huì)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(diǎn)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(dá)到一定數(shù)量時(shí)，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結(jié)構(gòu)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(gè)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(gè)子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)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(xué)家伽俐略，曾在斜塔的頂層做過自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差10倍的鐵球，同時(shí)從塔頂落下，結(jié)果，兩球同時(shí)著地，一舉推翻了束縛人們思想近2000年的希臘著名學(xué)者亞里士多德關(guān)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(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，被人們稱為“近代科學(xué)之父”，而他用來做實(shí)驗(yàn)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(dá)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(hù)方案，同時(shí)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(dá)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(huì)有今天的風(fēng)光，也就不會(huì)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(xué)生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點(diǎn)的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時(shí)，塔就會(huì)傾倒。結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線是否落在結(jié)構(gòu)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(shí)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(shí)一摞書就全倒了。小實(shí)驗(yàn)

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?yàn)榈鼗焕?，?000噸的塔便傾向土堆的一邊。

3、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

A、A字形梯為什么載人時(shí)能夠保持穩(wěn)定？如果沒有梯子中間的拉桿將會(huì)怎么樣？

一般情況下，梯子打開的時(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。如果沒有梯子中間的拉桿，載人時(shí)就不能保持穩(wěn)定。

因?yàn)槿侵Ъ芘c地面有三個(gè)接觸點(diǎn)，形成的三角形結(jié)構(gòu)使照相機(jī)的支撐架更容易穩(wěn)定。B、照相機(jī)的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？因素三：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

建筑中廣泛運(yùn)用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個(gè)三角形構(gòu)成的；鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同樣是運(yùn)用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對(duì)角線，形成多個(gè)三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，又有效地加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構(gòu)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(jié)構(gòu)中都被普遍地采用。補(bǔ)充（三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用）：靜止?fàn)顟B(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(shí)最易倒下，何時(shí)最平衡？自行車騎起來時(shí)，只有兩個(gè)支撐點(diǎn)，為什么不會(huì)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(dāng)由騎車人和自行車構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)動(dòng)起來之后，騎車人為系統(tǒng)注入動(dòng)力，從而在自行車前進(jìn)的時(shí)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(shí)，這一動(dòng)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?fàn)顟B(tài)下陀螺會(huì)傾倒，而當(dāng)它高速旋轉(zhuǎn)時(shí)卻可以立起來？

這個(gè)謎，直到本世紀(jì)八十年代初才解開。一位美國的物理系研究生，通過電腦進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，終于從理論上解決了。問題就出在旋轉(zhuǎn)速度和摩擦上了。陀螺在旋轉(zhuǎn)起來時(shí)，支持點(diǎn)周圍也不免與支持面（桌面）產(chǎn)生摩擦，而這種旋轉(zhuǎn)的物體總是使運(yùn)動(dòng)趨向于摩擦更小的狀態(tài)。當(dāng)陀螺搖搖晃晃地立起來，終于使一個(gè)尖端著地時(shí)，就逐漸達(dá)到了支持點(diǎn)面積最小，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，水平的能量轉(zhuǎn)化成為繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作。當(dāng)然，由于摩擦，它的轉(zhuǎn)速又會(huì)慢慢減小。然后開始搖晃，最后，倒下來，因?yàn)檫@時(shí)它要趨向重心更低，更穩(wěn)定的狀態(tài)。

陀螺效應(yīng)：凡是高速旋轉(zhuǎn)的物體，都有一種使轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)也不會(huì)倒下。所以一旦自行車運(yùn)動(dòng)起來后，轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)：摩托車的支撐架（課本：P14）

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下與靜止?fàn)顟B(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)某些功能。不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：１.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報(bào)地震。２.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時(shí)能自動(dòng)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(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