通用技術(shù)2_探究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度

1、第一章第一章 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 第二節(jié)第二節(jié) 探究結(jié)構(gòu)探究結(jié)構(gòu) 魁北克大橋的垮塌魁北克大橋的垮塌 上海樓房倒塌上海樓房倒塌 高壓電線塔的垮塌高壓電線塔的垮塌 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性： v結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維 持原有平衡狀態(tài)的能力。持原有平衡狀態(tài)的能力。 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？ 想一想：想一想： A.落地電風(fēng)扇或者落地電風(fēng)扇或者 賓館里的落地?zé)簦e館里的落地?zé)簦?它們都有一個(gè)比較它們都有一個(gè)比較 大的底座。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結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面

2、大大, ,穩(wěn)定穩(wěn)定 。 因素一：支撐面積的大小因素一：支撐面積的大小 B：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？ 大壩需要承受很大的力的作用，如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，自身的重力，水的沖擊力、壓力等等， 要起到防洪的作用，大壩必須要求非常要起到防洪的作用，大壩必須要求非常 穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接穩(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(jiān)實(shí)，觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅(jiān)實(shí)， 穩(wěn)定性就越好。穩(wěn)定性就越好。 2結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。 物體重心越低，越穩(wěn)定。

3、物體重心越低，越穩(wěn)定。 因素二：重心位置因素二：重心位置 A.不倒翁為什么不倒？不倒翁為什么不倒？ 如果在它脖子上掛上如果在它脖子上掛上 一定數(shù)量的鐵環(huán)，它一定數(shù)量的鐵環(huán)，它 還會(huì)不倒嗎？還會(huì)不倒嗎？ 不倒翁的重心很低，就在它與地面 的接觸點(diǎn)上，所以不倒，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(shí)，不倒翁就不在是 不倒翁了。重心的高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn) 定性越差。 B.以前的農(nóng)作物個(gè)子高，遭遇暴風(fēng)驟雨以前的農(nóng)作物個(gè)子高，遭遇暴風(fēng)驟雨 容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普 遍個(gè)子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)

4、穩(wěn)定遍個(gè)子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 的原理。的原理。 C. 比薩斜塔為什么不倒塌？比薩斜塔為什么不倒塌？ 15901590年，意大利的偉大科學(xué)家伽俐略，曾在斜塔的頂層做年，意大利的偉大科學(xué)家伽俐略，曾在斜塔的頂層做 過自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差過自由落體運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，讓兩個(gè)重量相差1010倍的鐵球，同倍的鐵球，同 時(shí)從塔頂落下，結(jié)果，兩球同時(shí)著地，一舉推翻了束縛人時(shí)從塔頂落下，結(jié)果，兩球同時(shí)著地，一舉推翻了束縛人 們思想近們思想近20002000年的希臘著名學(xué)者亞里士多德關(guān)于重量不同年的希臘著名學(xué)者亞里士多德關(guān)于重量不同 的物體其下落的速度也不相同的的物體其下落的速度也不相同的“物體

5、下落速度與重量成物體下落速度與重量成 正比正比”的理論。伽俐略開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，被人們的理論。伽俐略開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)物理的新時(shí)代，被人們 稱為稱為“近代科學(xué)之父近代科學(xué)之父”，而他用來做實(shí)驗(yàn)的斜塔也因而更，而他用來做實(shí)驗(yàn)的斜塔也因而更 加遐邇聞名。加遐邇聞名。 通過分析長方體重心的垂線位置與穩(wěn)定性示意圖，通過分析長方體重心的垂線位置與穩(wěn)定性示意圖， 使學(xué)生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重使學(xué)生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重 心所在點(diǎn)的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾心所在點(diǎn)的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾 斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時(shí)，斜到一定程度，重心的垂線不再落在

6、塔的底面時(shí)， 塔就會(huì)傾倒。塔就會(huì)傾倒。 結(jié)構(gòu)重心的位結(jié)構(gòu)重心的位 置：置：結(jié)構(gòu)重心結(jié)構(gòu)重心 所在點(diǎn)的垂線所在點(diǎn)的垂線 是否落在結(jié)構(gòu)是否落在結(jié)構(gòu) 底面的范圍內(nèi)，底面的范圍內(nèi)， 落在就是穩(wěn)定落在就是穩(wěn)定 的，沒有就是的，沒有就是 不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。 3 3、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。 A、A字形梯為什么載人時(shí) 能夠保持穩(wěn)定？如果沒有 梯子中間的拉桿將會(huì)怎么 樣？ 一般情況下，梯子打開的時(shí) 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(gè) 梯面的橫桿拉直時(shí)，兩個(gè)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(qiáng)了梯子 的穩(wěn)定性，保證梯子能

7、承受人體 的壓力。如果沒有梯子中間的拉 桿，載人時(shí)就不能保持穩(wěn)定。 因?yàn)槿侵Ъ芘c地因?yàn)槿侵Ъ芘c地 面有三個(gè)接觸點(diǎn)，形成面有三個(gè)接觸點(diǎn)，形成 的三角形結(jié)構(gòu)使照相機(jī)的三角形結(jié)構(gòu)使照相機(jī) 的支撐架更容易穩(wěn)定的支撐架更容易穩(wěn)定。 B B、照相機(jī)的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形、照相機(jī)的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形 狀？狀？ 因素三： 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾 何形狀有關(guān)。 總結(jié)總結(jié)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性因素: : 因素一：因素一：支撐面積的大小支撐面積的大小 1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關(guān)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)定支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。

8、 因素二：因素二：重心位置重心位置 2.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。 物體重心越低，越穩(wěn)定。物體重心越低，越穩(wěn)定。 因素三：因素三：幾何形狀幾何形狀 3.結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。 補(bǔ)充：補(bǔ)充：三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用：三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用： 建筑中廣泛運(yùn)用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架 大多都是由多個(gè)三角形構(gòu)成的；鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同 樣是運(yùn)用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作 對(duì)角線，形成多個(gè)三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結(jié) 構(gòu)的質(zhì)量，又有效地加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。十 字鋼梁也是建筑中常用的構(gòu)件，如在高壓輸電的鐵塔、 懸索橋

9、的塔架，以及摩天大樓鋼架結(jié)構(gòu)中都被普遍地 采用。 練習(xí)練習(xí): : 1.在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶 手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保 持自己的沒摔倒？持自己的沒摔倒？ (2)貨物應(yīng)盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？貨物應(yīng)盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？ 人的身體的穩(wěn)定性取決于支撐面的大小和人體姿勢(shì)重人的身體的穩(wěn)定性取決于支撐面的大小和人體姿勢(shì)重 心的高低，在一定范圍內(nèi)，兩腳分得越開，則重心越心的高低，在一定范圍內(nèi)，兩腳分得越開，則重心越 低，支撐面變大，越穩(wěn)定！低，

10、支撐面變大，越穩(wěn)定！ 拓展：拓展： 不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：如移動(dòng)門、折疊椅等等 .倒置的啤酒瓶可以預(yù)報(bào)地震。 .在打水的桶口邊掛 一重物，在水面時(shí)能自 動(dòng)翻倒打水。 （二）結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度（二）結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指： 強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別： 我們知道穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡 狀態(tài)的能力，強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能 力。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(gè)強(qiáng)度問題，那么椅 子會(huì)不會(huì)左右晃動(dòng)，搖擺，那就是一個(gè)穩(wěn)定 性問題了。 根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)填寫下表

11、：根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)填寫下表：馬上行動(dòng)：馬上行動(dòng)： 事件事件結(jié)果結(jié)果原因原因 分別在一根竹竿 和一根同樣尺寸 的脆性塑料桿上 不斷加掛相同質(zhì) 量的重物 沿著垂直于重心 線的方向撞擊一 根完整的鋼管與 用同樣的方法撞 擊一根中間有焊 接縫的鋼管 竹竿比脆性塑竹竿比脆性塑 料桿能掛更多料桿能掛更多 的重物而不會(huì)的重物而不會(huì) 斷裂斷裂 不同材料的抗不同材料的抗 拉性能不同拉性能不同 中間有焊接縫中間有焊接縫 的鋼管受到撞的鋼管受到撞 擊時(shí)容易損壞擊時(shí)容易損壞 因?yàn)橛羞B接點(diǎn)因?yàn)橛羞B接點(diǎn) 1.影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素 吊蘭支撐使用的三角形支吊蘭支撐使用的三角形支 架結(jié)構(gòu)，而不使用由一根

12、直桿架結(jié)構(gòu)，而不使用由一根直桿 挑起的結(jié)構(gòu)。從材料方面考慮，挑起的結(jié)構(gòu)。從材料方面考慮， 吊蘭的三角形支架使用的是鋼吊蘭的三角形支架使用的是鋼 管而不是木條或塑料，鋼管抗管而不是木條或塑料，鋼管抗 拉力性能好。從連接方式考慮，拉力性能好。從連接方式考慮， 吊蘭的三角形支架的構(gòu)件是焊吊蘭的三角形支架的構(gòu)件是焊 接而不是捆縛，這種連接方式接而不是捆縛，這種連接方式 更牢固。更牢固。 1) 影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的幾個(gè)主要因素影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的幾個(gè)主要因素 結(jié)構(gòu)的形狀結(jié)構(gòu)的形狀 使用的材料使用的材料 構(gòu)件之間的連接方式構(gòu)件之間的連接方式 結(jié)構(gòu)外部形狀結(jié)構(gòu)外部形狀 結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀 鉸連接鉸連接

13、 剛連接剛連接 p22 (1)結(jié)構(gòu)的形狀結(jié)構(gòu)的形狀: A.不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣 的。的。 注意：注意： 結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀，結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀， 二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。 小實(shí)驗(yàn)：小實(shí)驗(yàn)：P019 （2）因素）因素2：使用的材料：使用的材料 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān) 紙杯 鋼杯 塑料杯 （3 3）因素）因素3 3：構(gòu)件之間的連接方式：構(gòu)件之間的連接方式： 結(jié)構(gòu)的連接是指通過一定的連接 物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類：結(jié)

14、構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類： 鉸連接鉸連接 剛連接剛連接 鉸連接：鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)，被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)， 但可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有松螺栓、松鉚等。但可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有松螺栓、松鉚等。 剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對(duì)移動(dòng)， 也不能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，具體有榫接、膠接、焊接等。 膠接膠接 榫接榫接 結(jié)點(diǎn)是從連接的效果來劃分。一個(gè)結(jié)點(diǎn) 可以有多種連接方式。不同的材料有不同的 連接方式；構(gòu)件的連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度也不同。 結(jié)構(gòu)對(duì)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（三）、結(jié)構(gòu)與功能: 小結(jié)小結(jié) 一、結(jié)

15、構(gòu)的穩(wěn)定性一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性 影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個(gè)因素：重心位置、重心位置、 支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀 二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié) 構(gòu)的材料與連接構(gòu)的材料與連接 三、結(jié)構(gòu)與功能三、結(jié)構(gòu)與功能 為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外 傾斜？傾斜？ 這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所 形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。 接觸面接觸面 支撐面支撐面 注意：注意： 支撐面支撐面接觸面。接觸面。 接觸面接觸面:是物體與地面接觸形成的面。 支撐面支撐面:是物體與地面接觸形成支撐點(diǎn)的 連線與地面構(gòu)成的面。 vA支撐面越來越