高二通用技术 1_3结构的稳定性课件

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 。
想一想：
落地扇为什么 不易倾倒？
不倒翁为什么不 容易倒？
影响稳定性的因素之一
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？
• 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。
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源自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。
（三）、结构与功能:
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
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?
谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
三角形稳定性的应用
影响稳定性的因素之二—重心位置
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。
不倒翁
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。
结构的几何形状影响稳定性
稳定的几何形状有： 三角形、六边形、Z字 形等、
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……
想一想：
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？
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。
课堂小游戏
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?
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？
• 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。
影响稳定性的因素
思考
为什么有些结构看上 去倾斜不稳，可实际 是稳定的呢?
重心点的垂 线位置，落 在结构底面 的范围内
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。
• 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？
马上行动（P012）
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。
物体 广告牌
落地灯 底小口大 的空竹篓
受到的外力
重力、风力
重力、撞击力
不稳定的主要因素
底座小、重心高、受 风面积大
底座小、重心高
重力、撞击力 底座小、重心高
[案例分析]： 静止状态的单车如何保持稳定（课本：P14） （1）双腿支撑 （2）单腿支撑
探究
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？
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。
•1、书籍是朋友,虽然没有热情,但是非常忠实。2022年3月5日星期六2022/3/52022/3/52022/3/5 •2、科学的灵感，决不是坐等可以等来的。如果说，科学上的发现有什么偶然的机遇的话，那么这种‘偶然的机遇’只能给那些学有素养的人，给那些善于独 立思考的人，给那些具有锲而不舍的人。2022年3月2022/3/52022/3/52022/3/53/5/2022 •3、书籍—通过心灵观察世界的窗口.住宅里没有书,犹如房间里没有窗户。2022/3/52022/3/5March 5, 2022 •4、享受阅读快乐，提高生活质量。2022/3/52022/3/52022/3/52022/3/5
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。
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。
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。
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
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。 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。
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。
结构的稳定性
超 高 的 车 辆 容 易 翻 倒
某公园里
台 风 过 后
稳定性概念
F
倒摆
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。
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 ？
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。
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。