高二通用技術(shù)13結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性課件

1、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性超超高高的的車車輛輛容容易易翻翻倒倒臺臺 風(fēng)風(fēng) 過過 后后某公園里某公園里F倒擺倒擺 穩(wěn)定穩(wěn)定指的不是狀態(tài)絕對不變，而是指受擾后，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；到原平衡狀態(tài)，即為穩(wěn)定；不能回到原有平衡狀態(tài)，不能回到原有平衡狀態(tài)，為不穩(wěn)定。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)具有阻礙翻倒或移動的特性，就是結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性穩(wěn)定性。接觸面與支持面 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)的連線與地面的構(gòu)成的面。

2、 （一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究1：拿一本書，讓它直立在桌面上，它馬上傾倒了，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。桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撐面積的大小因素一：支撐面積的大小1.1.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。A.落地電風(fēng)扇或者賓館里的落地?zé)簦涞仉婏L(fēng)扇或

3、者賓館里的落地?zé)簦鼈兌加幸粋€比較大的底座。它們都有一個比較大的底座。結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面大大, ,穩(wěn)定穩(wěn)定 。 落地扇為什么不易傾倒？ 想一想：想一想：不倒翁為什么不不倒翁為什么不容易倒？容易倒？影響穩(wěn)定性的因素之一影響穩(wěn)定性的因素之一結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的形狀形狀影響影響穩(wěn)定性穩(wěn)定性支撐支撐面積；幾何形狀面積；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)？為什么放置最不穩(wěn)？為什么？想一想：想一想：為什么大壩的橫截面

4、總是建成梯形的為什么大壩的橫截面總是建成梯形的？ 大壩需要承受很大大壩需要承受很大的力的作用，如自的力的作用，如自身的重力，水的沖身的重力，水的沖擊力、壓力等等，擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面形，增大了與地面接觸所形成的支撐接觸所形成的支撐面，面，支撐面支撐面越大越越大越堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定性就越堅(jiān)實(shí)，穩(wěn)定性就越好。好。穩(wěn)定的幾何形狀有：穩(wěn)定的幾何形狀有：三角形、六邊形、三角形、六邊形、Z字字形等、形等、結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的幾何形狀幾何形狀影響穩(wěn)定性影響穩(wěn)定性照相機(jī)的支照相機(jī)的支撐架為什么撐架為什么用三角架支用

5、三角架支撐而不用四撐而不用四角架？五角角架？五角架架 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(qiáng)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)用三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用不倒翁不倒翁 上輕下重的物體比上輕下重的物體比較穩(wěn)定，也就是說較穩(wěn)定，也就是說重心越低越穩(wěn)定。重心越低越穩(wěn)定。所以不倒翁無論如所以不倒翁無論如何搖擺，總是不倒何搖擺，總是不倒的

6、。的。 影響穩(wěn)定性的因素之二影響穩(wěn)定性的因素之二重心位置重心位置不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上斜掛上不倒翁為什么不倒？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？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(yùn)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

7、雞蛋自己翻身而起；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(diǎn)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(yùn)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(diǎn)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?yàn)檫@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(shí)際是穩(wěn)定的呢?影響穩(wěn)定性的因素影響穩(wěn)定性的因素思考思考結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本條件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的

8、基本條件：重心所在點(diǎn)的垂線應(yīng)落：重心所在點(diǎn)的垂線應(yīng)落在結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)支撐面支撐面內(nèi)。內(nèi)。重心點(diǎn)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： 1. 結(jié)構(gòu)的形狀2.重心位置的高低3.結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面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)定性如何增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性2.2.增大結(jié)構(gòu)的底面面積。增大結(jié)構(gòu)的底面面積。3.3.降低結(jié)構(gòu)的整體重心位置。降低結(jié)構(gòu)的整體重心位置。4.4.減小長細(xì)比：長細(xì)比指的是結(jié)構(gòu)的縱減小長細(xì)比：長細(xì)比指的是結(jié)構(gòu)的縱向長

9、度與橫向截面的最大尺寸之比。向長度與橫向截面的最大尺寸之比。1.1.利用三角形框架及其組合結(jié)構(gòu)，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。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：不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：.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，在水面時能自動翻倒打水。 強(qiáng)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(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。 強(qiáng)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(qiáng)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

10、的作用而出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(yàn)，簡要說明原因?，F(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，簡要說明原因。馬上行動（馬上行動（P012）物體物體受到的外力受到的外力不穩(wěn)定的主要因素不穩(wěn)定的主要因素廣告牌廣告牌 落地?zé)袈涞責(zé)舻仔】诖蟮仔】诖蟮目罩窈t的空竹簍重力、風(fēng)力重力、風(fēng)力底座小、重心高、受底座小、重心高、受風(fēng)面積大風(fēng)面積大重力、撞擊力重力、撞擊力底座小、重心高底座小、重心高重力、撞擊力重力、撞擊力底座小、重心高底座小、重心高靜止?fàn)顟B(tài)的單車如何保持穩(wěn)定（課本：靜止?fàn)顟B(tài)的單車如何保持穩(wěn)定（課本：P14） 案例分析案例分析：（1）雙腿支撐 （2）單腿支

11、撐 1.1.調(diào)整單腳支撐位置，研究何時最易倒下，何時最平衡？調(diào)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(diǎn)，為什么不會倒下呢？自行車騎起來時，只有兩個支撐點(diǎn)，為什么不會倒下呢？探究探究注意：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)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)

12、的時候，通過人的不斷調(diào)節(jié)，自行車和騎車人與地面進(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)。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。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？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，支持點(diǎn)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(yùn)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

13、地時，就逐漸達(dá)到了支持點(diǎn)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?yàn)檫@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（三）、結(jié)構(gòu)與功能:小結(jié)小結(jié)一、結(jié)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)定性的三個因素：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個因素：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

14、連接三、結(jié)構(gòu)與功能三、結(jié)構(gòu)與功能案例分析案例分析-古代日本的卓越智慧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，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本。后來，這種佛塔漸漸地演變成為日本獨(dú)特的五重塔。在地震多發(fā)的日日本獨(dú)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

15、五重塔始終本，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)?shù)秸鹆r，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

16、吸收掉了。量吸收掉了。 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)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

17、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，整個建處，整個建筑的結(jié)構(gòu)就好像柔韌的魔芋。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(shí)際上，五重塔的五個層面，不是被稱為個組合，它就能站立起來。實(shí)際上，五重塔的五個層面，不是被稱為“五層五層”，而是被稱為而是被稱為“五重五重”，因?yàn)樗皇且粋€建筑的五個層面，而是五個構(gòu)筑體以嵌入，因?yàn)樗皇且粋€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)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)，使重疊的各構(gòu)筑體僅僅出現(xiàn)緩緩的搖晃，即左右重心平衡，是挑著擔(dān)子