稳定性和强度

２.在打水的桶口边挂 一重物，在水面时能自 动翻倒打水。
因素二：重心位置
2．结构的稳定性与重心位置有关。 物体重心越低，越稳定。
A.不倒翁为什么不倒？ 如果在它脖子上挂上 一定数量的铁环，它 还会不倒吗？
不倒翁的重心很低，就在它与地面 的接触点上，所以不倒，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。重心的高低影响结构的稳定 性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳 定性越差。
[案例分析]： 静止状态的单车如何保持稳定 （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。
陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有 一种使转动轴保持不变的能力，这种能力 使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不 会倒下。所以一旦自行车运动起来后，转 动的车轮也具备这种能力，这种能力使得 自行车即使发生了倾斜，也能自动地把自 行车调整过来，这就是自行车不倒的原因。
不稳定的结构应用：
１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。
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。
技术试验后的回顾与思考
•前面的技术试验， 让我们思考了哪 些问题呢？
•二、应力与强 度
内力
•外力是使构件发生变 形的同时，构件内部 分子之间随之产生一 种抵抗变形的抵抗力， 称为内力。
内力与外力的关系
外力
内力
P
N
内力与外力的关系
内力
外力
N
P
应力：
构件单位截面积所 受的内力称为构件 的应力。
不同的连接方式， 受力传递方式和效 果不一样。
铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动 ，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。
刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动， 也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。
榫 接
胶接
看 看到翻到 在地的物 体。是什 么原因出 现了图上 所示的现 象？
B.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。就是利用了重心低结构稳定 的原理。 C. 比萨斜塔为什么不倒塌？
1590年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做 过自由落体运动的实验，让两个重量相差10倍的铁球，同 时从塔顶落下，结果，两球同时着地，一举推翻了束缚人 们思想近2000年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同 的物体其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成 正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们 称为“近代科学之父”，而他用来做实验的斜塔也因而更 加遐迩闻名。
应力
应力
截面
应力
P
G
截面
应力
N
G
截面
P
P+G N=
内力 压力 重力
应力计算公式： σ＝N / S 单位 :内力N （ N ） 2 或cm2 ） 横截面积S（mm 2或N/ cm2 ） 应力σ（ N/ mm
学以致用
•P.26 试 一试
阅读材料
•P.25 什么是 容许应力？
构件的强度越大， 它所能承受的容 许应力越大。
这是为了进一步增大与地面接触所 形成的支撑面积，增加稳定性。 注意： 支撑面≠接触面。 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 连线与地面构成的面。
结构的稳定性与它的几何形状有关。 A、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。
物体的形状与强度
布带子
用应力概念解释试验现象
布带子
影响结构强度的因素
1、形状 构成的 形状略有改变， 强度就会改变。
构件的截面不 同，其强度不 一样。
常见的结构横截面的形状
“工”字形横梁 被广泛应用
使用的材料
钢杯
纸杯
塑料杯
2、材料 形状相同，材 料不同，强度 就不同。
材料 3
3、材料的连接方式
海啸
大坝
在台风来之前它是稳定的！是什 么原因出现了不平衡状态？
那到底什么样的结构是稳定的，什么样的结 构又是不稳定的？物体稳定与不稳定的程度 又如何评价？
稳定性的概念
结构的稳定性
• 结构的稳定性——结构具有 阻碍翻倒或移动的特性。
想一想： 结构的稳定性与什么因素有关？
（一）影响结构稳定性的主要因素： [实验探究1]：
B、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形 状？
因为三角支架与地 面有三个接触点，形成 的三角形结构使照相机 的支撑架更容易稳定。
因素三： 结构的稳定性与它的几 何形状有关。
补充（三角形稳定性的应用）： 建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、 桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢 架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边 形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三 角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又 有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁 也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、 悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被 普遍地采用。
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。
2.走钢丝的人为什么要拿一条长棒？
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？
这个谜，直到本世纪八十年代初才解开。一位美国 的物理系研究生，通过电脑进行复杂的运算，终于从 理论上解决了。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。
它从1174年始建，1350年竣工， 经历了176年。但由于塔身过重，地 质松软，因此塔身仍以每年1．25毫米 的速度向南倾斜。到1999年1月，塔 顶比中轴线偏斜已达4．8米。意大利 当局为了拯救斜塔，已向全世界广泛 征求保护方案，同时在塔的北侧加压 了830吨的铅块，并在塔身的三分之 一处加了一圈铜缆，向北牵拉固定。 不过斜有斜的好处，每天为“斜”而 来的参观者多达10余万人，扔下大把 大把的银子。如果它是一座正塔，比 萨就不会有今天的风光，也就不会有 这么多便宜可占了。
巧妙地增加结构的稳定性
1、构成三角形结构 2、增大底面面积 3、降低重心
小实验
一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一 种放法,每本都往一边慢慢往外放置，到一 定程度时一摞书就全倒了。
小资料：中国的斜塔
辽宁瑞州古塔，现 存塔身高10米，塔身 向东北方向倾斜12度， 塔尖水平位移1.7米。 该塔建成之后虽几经 地震与洪水破坏，却 始终斜而不倒，堪称 奇迹。
虎丘塔高47.7米，比 意大利比萨斜塔矮6 米；塔尖偏离中心 2.34米，是比萨塔的 一半；虎丘塔建于 961年，比比萨塔早 完工390年。因为地 基不牢，重6000吨的 塔便倾向土堆的一边。 苏州的虎丘塔
结构重心的位 置：结构重心 所在点的垂线 是否落在结构 底面的范围内， 落在就是稳定 的，没有就是 不稳定的。 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图， 使学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重 心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾 斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时， 塔就会倾倒。 （视频）
结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面 大,稳定 。
B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？
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。
C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往 外倾斜？
桥梁事故
魁北克大桥
桥梁事故
魁北克大桥
桥梁事故
魁北克大桥
试验1 简易拉伸试验
•结论： •多股绳比单股绳 抗变形能力 大 ， 即：粗绳抗拉强 度大
•试验2 简易弯曲试验
结论：
•厚梁比薄梁的 截面积 大 ，抗 弯强度 大 。
•试验3 简易组态试验 （视频）
P
P
结论？ •三角形比四边 形稳定