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(共44張PPT)
結構的穩定性
超
高
的
車
輛
容
易
翻
倒
臺 風 過 后
某公園里
F
倒擺
穩 定 性 概 念
穩 定 性 概 念
穩定指的不是狀態絕對不變，而是指受擾后，允許狀態有所波動，但當擾動消失后，能重新返回到原平衡狀態，即為穩定；不能回到原有平衡狀態，為不穩定。
結構具有阻礙翻倒或移動的特性，就是結構穩定性。
接觸面與支持面
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的構成的面。
（一）影響結構穩定性的主要因素：
[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.穩定性與支撐面積的大小有關
支撐面越大越穩定，越小越不穩定。
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,穩定 。
落地扇為什么不易傾倒？
想一想：
不倒翁為什么不容易倒？
影響穩定性的因素之一
結構的形狀影響穩定性——支撐面積；幾何形狀
為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？
礦泉水瓶裝滿水，分別為正立、倒立，哪一種放置最穩？哪一種放置最不穩？為什么？
想一想：
為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？
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，穩定性就越好。
穩定的幾何形狀有：三角形、六邊形、Z字形等、
結構的幾何形狀影響穩定性
照相機的支
撐架為什么
用三角架支
撐而不用四
角架？五角
架……
A字形梯為什么載人時能夠保持穩定？
如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？
想一想：
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。
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定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩定性，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定。
三角形穩定性的應用
不倒翁
上輕下重的物體比較穩定，也就是說重心越低越穩定。所以不倒翁無論如何搖擺，總是不倒的。
影響穩定性的因素之二—重心位置
不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上斜掛上
一定數量的鐵環，它還會不倒嗎？
如果往它的脖子掛上鐵環，它的重心位置升
高了，當鐵環達到一定數量時，不倒翁就不
在是不倒翁了。
課堂小游戲
熟雞蛋當從側面讓它旋轉起來時，它就會豎直地站立起來，哪到底什么樣的結構是穩定的，什么樣的結構又是不穩定的？
如何不借助其他物品讓一煮熟的雞蛋豎立在光滑的桌面上
物體運動只能使它趨向于降低重心，而雞蛋一轉，由平放而立起重心反而提高了；另外，誰都知道陀羅定向，雞蛋在桌面上繞豎直軸轉動時，轉的方向不動而雞蛋自己翻身而起；其三，任何物體底面越平越穩定，雞蛋卻偏偏不安于現狀，偏要一尖兒著地立起來，本來是躺著時與桌面接觸面積更大的狀態更穩。
雞蛋在旋轉起來時，支持點周圍也不免與支持面（桌面）產生摩擦，而這種旋轉的物體總是使運動趨向于摩擦更小的狀態。當雞蛋搖搖晃晃地立起來，終于使一個尖端著地時，就逐漸達到了支持點面積最小，穩定旋轉的狀態，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，更穩定的狀態。
為什么有些結構看上去傾斜不穩，可實際是穩定的呢
影響穩定性的因素
思考
結構穩定性的基本條件：重心所在點的垂線應落在結構支撐面內。
重心點的垂線位置，落在結構底面的范圍內
以前的農作物個子高，遭遇暴風驟雨容易傾覆，造成減產；現在的農作物普遍個子矮。這是利用了什么的原理？由此你得出什么結論？
影響結構穩定性的主要因素：
結構的形狀
重心位置的高低
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小
影響結構穩定性的因素是相互關聯的
如何增加結構的穩定性
2.增大結構的底面面積。
3.降低結構的整體重心位置。
4.減小長細比：長細比指的是結構的縱向長度與橫向截面的最大尺寸之比。
1.利用三角形框架及其組合結構，可以有效地增加結構的穩定性。
不穩定的結構應用：
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。
強度與穩定性的聯系與區別
穩定性是研究物體的保持平衡狀態的能力，強度是研究不被外力破壞的能力。
強度問題是一個應力問題；穩定問題是一個變形問題。
例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個強度問題，那么椅子會不會左右晃動、搖擺，那就是一個穩定性問題了。
填表說明下表中的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。
馬上行動（P012）
物體 受到的外力 不穩定的主要因素
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
靜止狀態的單車如何保持穩定（課本：P14）
[案例分析]：
（1）雙腿支撐
（2）單腿支撐
1.調整單腳支撐位置，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 系統時，系統動起來之后，騎車人為系統注入動力，從而在自行車前進的時候，通過人的不斷調節，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。因此，在沒有明顯的外力干涉時，這一動態系統能夠表現出一種穩定。
3.靜止狀態下陀螺會傾倒，而當它高速旋轉時卻可以立起來？
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。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，穩定旋轉的狀態，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，更穩定的狀態。
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
多功能起子
（三）、結構與功能:
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
三、結構與功能
案例分析
-古代日本的卓越智慧 日本的建筑物自古以來一直以木頭為原料，包括不少較高的建筑，京都和奈良的寺廟里聳立著的五重塔即屬古代的高層建筑。約在１３００多年前，源于印度的放有釋迦佛骨的佛塔「卒塔婆」經由中國和朝鮮半島傳到了日本。后來，這種佛塔漸漸地演變成為日本獨特的五重塔。在地震多發的日本，經歷過無數次地震的五重塔始終沒有被震毀，其優美典雅的建筑風貌一直保持至今。其原因究竟何在
探其原因，首先要關注的是其所使用的原材料。五重塔是完全的木結構建筑，在受到震力時，其木料會相應發生或彎或扭的變形，但是，整個塔身卻不會倒塌。而當震力消失后，木料便會恢復原狀。木料所具有的柔性把地震發生時所產生的巨大能量吸收掉了。 原因之二是，在五重塔的整個結構中也同樣存在著這種柔性，也就是說，整個五重塔是一個柔性結構，其構件與構件的結合部位幾乎不使用鐵釘，而是利用嵌入方式進行連接，即把一構件上的榫頭嵌入另一構件的凹鑿處。這樣，當地震發生時，構件之間的結合部會吱吱嘎嘎地作響，或會歪扭，但是，來自地面的震力卻不易向上傳導。在五重塔的建筑結構中，這種嵌入式構件結合部據說有約1000處，整個建筑的結構就好像柔韌的魔芋。
五重塔不倒的第三個原因，即五重塔是由五塊魔芋構筑起來的。五塊魔芋構成一個組合，它就能站立起來。實際上，五重塔的五個層面，不是被稱為“五層”，而是被稱為“五重”，因為它不是一個建筑的五個層面，而是五個構筑體以嵌入式的方法像套盒一般地重疊在一起。在地面發生震動時，正是這種嵌入式套盒結構，使重疊的各構筑體僅僅出現緩緩的搖晃，即左右重心平衡，是挑著擔子的玩具偶人的名字。玩具偶人之所以能保持平衡，是因為其左右臂上的重墜低于支點。如果左則重墜下降的話，那么，左右兩側的重墜與支點之間的水平距離就會不同，如①與②那樣。也就是說，因為②的距離變長了，右臂上的重墜就會下降。如此不斷反復，從而保持整體平衡。

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