1、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,超 高 的 車 輛 容 易 翻 倒,臺 風(fēng) 過 后,某公園里,F,倒擺,穩(wěn) 定 性 概 念,穩(wěn) 定 性 概 念,穩(wěn)定指的不是狀態(tài)絕對不變，而是指受擾后，允許狀態(tài)有所波動，但當(dāng)擾動消失后，能重新返回到原平衡狀態(tài)，即為穩(wěn)定；不能回到原有平衡狀態(tài)，為不穩(wěn)定。,結(jié)構(gòu)具有阻礙翻倒或移動的特性，就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(gòu)成的面。,（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(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

2、，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€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 。,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(wěn)定性的因素之一,結(jié)構(gòu)的形狀影響穩(wěn)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(wěn)？哪一種放置最不穩(wěn)？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

3、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，支撐面越大越堅實，穩(wěn)定性就越好。,穩(wěn)定的幾何形狀有：三角形、六邊形、Z字形等、,結(jié)構(gòu)的幾何形狀影響穩(wěn)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(wěn)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(wěn)。 當(dāng)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(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進(jìn)一步加強了梯子的穩(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，載人時就不能保持穩(wěn)定。,三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用,不倒翁,上輕

4、下重的物體比較穩(wěn)定，也就是說重心越低越穩(wěn)定。所以不倒翁無論如何搖擺，總是不倒的。,影響穩(wěn)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(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？ 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，不倒翁就不 在是不倒翁了。,課堂小游戲,熟雞蛋當(dāng)從側(cè)面讓它旋轉(zhuǎn)起來時，它就會豎直地站立起來，哪到底什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？,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(zhuǎn)，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(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)的方向不動而雞蛋自己

5、翻身而起；其三，任何物體底面越平越穩(wěn)定，雞蛋卻偏偏不安于現(xiàn)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(tài)更穩(wěn)。,雞蛋在旋轉(zhuǎn)起來時，支持點周圍也不免與支持面（桌面）產(chǎn)生摩擦，而這種旋轉(zhuǎn)的物體總是使運動趨向于摩擦更小的狀態(tài)。當(dāng)雞蛋搖搖晃晃地立起來，終于使一個尖端著地時，就逐漸達(dá)到了支持點面積最小，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，水平的能量轉(zhuǎn)化成為繞對稱軸旋轉(zhuǎn)的動作。當(dāng)然，由于摩擦，它的轉(zhuǎn)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(wěn)定的狀態(tài)。,為什么有些結(jié)構(gòu)看上去傾斜不穩(wěn)，可實際是穩(wěn)定的呢?,影響穩(wěn)定性的因素,思考,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本條件：重心所在點的垂線應(yīng)落在結(jié)構(gòu)支撐面

6、內(nèi)。,重心點的垂線位置，落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi),以前的農(nóng)作物個子高，遭遇暴風(fēng)驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個子矮。這是利用了什么的原理？由此你得出什么結(jié)論？,影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素： 結(jié)構(gòu)的形狀 重心位置的高低 結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小,影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素是相互關(guān)聯(lián)的,如何增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,2.增大結(jié)構(gòu)的底面面積。,3.降低結(jié)構(gòu)的整體重心位置。,4.減小長細(xì)比：長細(xì)比指的是結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，可以有效地增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。,不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：,.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報地震。,.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水

7、。,強度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別,穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)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(yīng)力問題；穩(wěn)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(wěn)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(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因。,馬上行動（P012）,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,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，

8、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(dāng)由騎車人和自行車構(gòu)成一個 系統(tǒng)時，系統(tǒng)動起來之后，騎車人為系統(tǒng)注入動力，從而在自行車前進(jìn)的時候，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，這一動態(tài)系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出一種穩(wěn)定。,3.靜止?fàn)顟B(tài)下陀螺會傾倒，而當(dāng)它高速旋轉(zhuǎn)時卻可以立起來？,問題就出在旋轉(zhuǎn)速度和摩擦上了。 陀螺在旋轉(zhuǎn)起來時，支

9、持點周圍也不免與支持面（桌面）產(chǎn)生摩擦，而這種旋轉(zhuǎn)的物體總是使運動趨向于摩擦更小的狀態(tài)。當(dāng)陀螺搖搖晃晃地立起來，終于使一個尖端著地時，就逐漸達(dá)到了支持點面積最小，穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，水平的能量轉(zhuǎn)化成為繞對稱軸旋轉(zhuǎn)的動作。當(dāng)然，由于摩擦，它的轉(zhuǎn)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(wěn)定的狀態(tài)。,結(jié)構(gòu)對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)致功能的改變,多功能起子,（三）、結(jié)構(gòu)與功能:,小結(jié),一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個因素：重心位置、支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀 二、結(jié)構(gòu)的強度 影響結(jié)構(gòu)強度的三因素：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料與連接 三、結(jié)構(gòu)與功能,

10、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。約在多年前，源于印度的放有釋迦佛骨的佛塔卒塔婆經(jīng)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(fā)的日本，經(jīng)歷過無數(shù)次地震的五重塔始終沒有被震毀，其優(yōu)美典雅的建筑風(fēng)貌一直保持至今。其原因究竟何在?,探其原因，首先要關(guān)注的是其所使用的原材料。五重塔是完全的木結(jié)構(gòu)建筑，在受到震力時，其木料會相應(yīng)發(fā)生或彎或扭的變形，但是，整個塔身卻不會倒塌。而當(dāng)震力消失后，木料便會恢復(fù)原狀。木料所具有的柔性把地震發(fā)生時所產(chǎn)生的巨大能量吸收掉了。

11、 原因之二是，在五重塔的整個結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，其構(gòu)件與構(gòu)件的結(jié)合部位幾乎不使用鐵釘，而是利用嵌入方式進(jìn)行連接，即把一構(gòu)件上的榫頭嵌入另一構(gòu)件的凹鑿處。這樣，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，構(gòu)件之間的結(jié)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(dǎo)。在五重塔的建筑結(jié)構(gòu)中，這種嵌入式構(gòu)件結(jié)合部據(jù)說有約1000處，整個建筑的結(jié)構(gòu)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(gòu)筑起來的。五塊魔芋構(gòu)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(gòu)筑體以嵌入式的方法像套盒一般地重疊在一起。在地面發(fā)生震動時，正是這種嵌入式套盒結(jié)構(gòu)，使