資源簡介

1.2 穩固結構的探析
第一單元 結構與設計
思考
請觀察下面兩種磚頭堆法哪一種會壘的更高，并談談其緣由。
臺風過后的廣告牌和樹
倒地的摩托車和三輪車
為什么廣告牌東倒西歪？　　摩托車、三輪車翻到？
物體受到外力作用，原有的平衡狀態被打破而出現的不穩定現象。
結構的穩定性：
是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之一。
1.結構與穩定性
馬上行動　課本P12
重力
支撐力
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
重心偏高，風太大
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
馬上行動　課本P12
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
重力
碰撞
底座不夠重，重心偏高。
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
馬上行動　課本P12
說明下列物體有可能因受哪些力的作用而出現不穩定現象，并根據你的生活經驗，簡要說明原因？
重力
碰撞
與地面接觸所形成的支撐面較小，重心偏高。
物體 受到的外力 不穩定的主要原因
結構的穩定性與什么因素有關？
想一想：
影響結構穩定性的主要因素
不倒翁為何不倒呢？

重心低
獨腳茶幾為何能穩定？
茶幾高度設計比較低；

底座采用較重的材料；

臺面采用比底座輕的材料。
重心低
影響結構穩定性的主要因素
為何比薩斜塔出現傾斜后沒有立刻倒掉呢？
塔體重心的垂點位于塔的底座范圍內。
影響結構穩定性的主要因素
遼寧瑞州古塔，現存塔身高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
因素一：結構的重心
重心越低，穩定性越好；重心越高，穩定性越差。
重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內，就是穩定的，不會出現傾倒。
影響結構穩定性的主要因素
高塔為什么一般上面很小，下端面積很大？
把啤酒瓶（礦泉水瓶）倒立為什么容易到？
影響結構穩定性的主要因素
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小。
支撐面越大越穩定，越小越不穩定。
因素二：結構的底座
影響結構穩定性的主要因素
為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？
為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？
照相機、攝像機為什么用三角架支撐而不用四角架？五角架……？
屏風隔斷為什么通常都擺成Z字型，而不擺成一字型？
影響結構穩定性的主要因素
影響結構穩定性的主要因素
結構的形狀不同，其穩定性也不同。
兩條腿的板凳能穩定嗎？
有三條腿，但在同一直線上能穩定嗎？
因素三：結構的形狀
案例分析
單腳支撐
支撐腳與地面的接觸點A與前、后輪與地面的接觸點B、C構成三點支撐，在地面形成△ABC。
靜態的自行車是如何保持穩定的？
自行車的重心能否落在△ABC內取決于單腳支撐架的傾斜度。
在一定范圍內，支撐架與地面的夾角越小（自行車的車身越斜），△ABC的面積越大，自行車的重心越容易落在三角形內，穩定性越好。
影響結構穩定性的主要因素
馬上行動　課本P14
電動自行車常見的一種支撐形式如圖，請分析：
支撐點與地面構成的幾何形狀
前、后輪的受力
重心位置
穩定情況
三角形
穩定
重心落在兩支撐點與前輪與地面的接觸點構成的三角形中
前輪著地，后輪不受力
影響結構穩定性的主要因素
生活中我們有這樣的經驗，一個物體要有三個支撐點才能穩定，如果只有兩個就會倒下。但是我們也看到過這樣的現象：
影響結構穩定性的主要因素
靜
止
時
傾
倒
高
速
旋
轉
立
起
來
物體在運動狀態中和在靜止狀態中穩定條件是不同的。
影響結構穩定性的主要因素
探究
自行車在騎動時，只有兩個支撐點，卻不會倒下的原因？
一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。車輪轉的越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。
另外，人在反復練習后，掌握了隨時平衡車體平穩的能力也是一個比較重要的原因。
影響結構穩定性的主要因素
結構的穩定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩定的結構實現某些功能。例如：
地震多發地區，人們利用倒置的啤酒瓶來預報地震。
影響結構穩定性的主要因素
推拉式防盜門/窗
思 考
這些建筑只是因為缺乏穩定性嗎？
如果一個體重200斤左右的人坐在兒童小板凳上，還用力搖晃，會發生什么現象？
板凳壞

人跌倒
2.結構與強度
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
以上兩例屬于物體的結構強度不夠（抵抗不住外力的破壞）
穩定性是物體保持平衡狀態的能力，強度是結構不被外力破壞的能力。
強度與穩定性的聯系與區別
還記得什么叫應力嗎?
應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。

當應力達到某一極限值時（容許應力）,
結構就會遭到破壞。
馬上行動　課本P17
根據你的生活經驗填寫下表。
脆性塑料易斷
中間有焊接縫的鋼管易壞
不同材料的抗拉性能不同
構件的連接方式不同
事件 結果 原因
分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料上不斷加掛相同質量的重物
沿著垂直于中心線的方向撞擊一根完整的鋼管與同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管
影響結構強度的主要因素
2.使用的材料
1.結構的形狀
3.構件之間的連接方式
影響結構強度的主要因素
1.結構的形狀
三角形是框架結構中最基本的形狀之一,它結實、穩定，所用材料最少。
影響結構強度的主要因素
在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構件，構成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。
1.結構的形狀
影響結構強度的主要因素
相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。
1.結構的形狀
影響結構強度的主要因素
“拱形結構”的歷史起源
生活在中生代的巨型爬行動物恐龍，身長約20m，身高4～8m，體重達30～40t。這么一個龐然大物要走動覓食，生存下去，四肢必須承受相當大的負荷。如果恐龍不具備合理的力學結構，諾大的身軀就會被壓塌。專家們
發現，恐龍巨大的身軀、長頸和粗長尾巴的重心在腰部，整個身體的上部猶如一座拱橋。從力學角度看，它的確是一種承受巨大負荷的理想結構造型，這便是建筑史上的“拱形結構”的歷史淵源。
結構的強度與材料有關
VS
影響結構強度的主要因素
2.結構的材料
影響結構強度的主要因素
目前很多橋梁都是使用的鋼筋混凝土結構，它的好處是什么？
一個堅固的梁的材料必須具有好的抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力的性能。
混凝土梁含有加固鋼筋，
混凝土擅長抗壓力，
而鋼筋擅長抗拉力，
它們共同形成了非常牢固的結構。
影響結構強度的主要因素
是指通過一定的連接物將構件組成整體結構。
不同的材料有不同的連接方式。
連接方式不同，結構的強度也不同。
鉸連接
剛連接
3.結構的連接
按構件之間能否移動及轉動分：
影響結構強度的主要因素
鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。
3.結構的連接
影響結構強度的主要因素
剛連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等。
3.結構的連接
焊接
影響結構強度的主要因素
馬上行動　課本P20
比較圖中同一結構的幾種連接方式，分析哪種連接方式的強度最大，哪種連接方式的強度最小。
榫接 強度較大 結構最穩定
結構對事物的功能和作用產生著直接的影響，結構的改變可能導致功能的改變。
2.結構與功能
多功能削皮器
瑞士軍刀
多功能起子
課堂小結
一、結構的穩定性
影響結構穩定性的三個因素：重心位置、支撐面積的大小和結構的形狀
二、結構的強度
影響結構強度的三因素：結構的形狀、結構的材料與連接方式

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