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1.3结构的稳定性
肥城一中 李道文
复习：上一节课我们学习了结构的一个非常重要的性质——强度，强度是表示结构抵抗变形的能力，用应力来衡量。用公式表示就是： 。截面积相同，应力越大，强度越大。这节课我们来学习物体结构的另一个非常重要的性质：稳定性。
引入：（投影图片）大家想一下大货车为什么会翻倒？
生：码放的货物太高了。
师：其实在生活中我们还会见到很多类似的例子，比如：
因货物堆得过高而在弯道翻倒的三轮车
被风吹倒的自行车
还有怎么也不倒的“不倒翁”等等
这些例子都会涉及到一个稳定性的问题。下面我们就来看一下什么是结构的稳定性呢
什么是结构的稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
分析：
在这里稳定性并不是状态绝对不变，而是在外力作用下，允许状态有所波动，在外力消失后重新回到原状态。不倒翁就是一个典型的例子。
过渡：影响结构稳定性的因素有哪些呢？下面我们来看第二个问题：
二、影响结构稳定性的因素
我们都知道练武术有一个基本功叫扎马步，它的特点就是：两腿平行开立，然后下蹲，两手可环抱胸前，如抱球状。虚灵顶劲，头往上顶，头顶如被一根线悬住。
提问：扎马步与站立两种姿势相比的话，哪种更稳？
生：扎马步
提问：为什么？
生：重心低。
除了扎马步，大家还听说过“金鸡独立”吗？它就是指单腿站立的一种姿势。它不仅是一种武术招式，还是很好的锻炼身体的方法。
提问：站立与“金鸡独立”相比的话，哪种姿势更稳？
生：站立
提问：为什么？
生：底面积大
由此我们得出两个影响结构稳定性的因素：重心与底面积
下面我们分别分析一下，先来看第一个因素
1、结构的形状
形状不同，支撑面也不一样，所以，说到底还是面积的问题。一般情况下，支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
举例：投影图片
大坝——是梯形截面，上小下大，如果倒过来会怎样？
安徽霍山佛子岭水库
水库大坝
思考：一些产品在做宣传活动时，临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？
生：底面形状外轮廓所占的面积大。
师：自行车经常被风吹倒，怎么办？
当然可以顺风放，不行的话，可以把斜的支架向外侧掰一下。
过渡：（投影图片）下面请大家分析一下“一块砖与半块砖”的问题，哪个更稳定？为什么？
肯定是半块砖更稳，就是因为重心低。下面我们就来看一下影响结构稳定性的第二个因素：
２、重心的位置
通过刚才的讨论，咱们可以得出这样的结论：重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。
举例：不倒翁不倒的原因，为什么又倒了？
思考：正常放置的空的矿泉水瓶，如何增加它的稳定性？
生：倒上半瓶水
师：如果一直到下去，其稳定性会怎样？（越来越差）也就是说，半瓶水比一瓶水要稳，还是因为重心低的原因。
练习：见幻灯片 公共汽车
思考：比萨斜塔为何不倒？
分析：比萨塔如果不倾斜的话与倾斜后相比，哪个重心低？
肯定是倾斜后，按照刚才的理论，重心越低稳定性越好，如果继续倾斜的话，会怎样？
（倒了），按理说，比萨塔越倾斜，重心越低，稳定性越好，那它为什么会倒了呢？反而更不稳定了呢？这就涉及到稳定性的基本条件。
基本条件就是：重心所在的点垂线落在结构底面的范围内。也就是说，要想结构稳，除了重心低外，还要满足基本条件。这也就是比萨斜塔不倒的原因。虽然倾斜，但重心所在的点垂线仍然落在了底面的范围内，所以才能不倒。
日常生活中，篮球架的道理与此类似，那么请大家设计一下，如何才能使篮球架更稳定？
增加后部铸铁的质量（重心后移）
增加底面积，这样重心所在的点垂线就不可能落在底面的范围之外。
过渡：以上我们看了影响结构稳定性的两个因素，增大支撑面积和降低重心，除此之外，还有没有其他方法呢？下面我们来看第三个问题。
三、巧妙地增加结构的稳定
1、减小长细比：
2、充分利用三角形框架及其组合结构
三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定，所用材料最少。
投影四边形图片：我们都知道四边形是不稳定的，这是一个四边形的构件，怎样改进才能增加它的稳定性呢？
分析：我们可以在它的角上加上相应的构件来构成三角形，这样就可以增加它的稳定性。其实，不止稳定性，改进之后，整个构件的强度也大大增强。在生活中这样的例子也很常见。如：1、秋千
在侧面加上横撑，构成三角形，前面和后面都在四边形的两个角上加上一个横撑组成三角形，来增加稳定性和强度。
2、路灯……也是一样
3、A字形电工用梯，在侧面加一横撑，组成三角形，增加稳定性。
过渡：其实，当我们知道了影响结构稳定性的因素后，即可以以此来增加结构的稳定性，也可以反其道而行之，来降低结构的稳定性。
四、反其道而行之——不稳定性的应用
跨栏就是这样的例子，请大家分析一下这个结构的特点：
上面是很重的木杆（重心高）
管子可以伸缩，但是上粗下细
所以这些都是为了降低稳定性，利于运动员踢栏。
又如：１、倒置的啤酒瓶可以预报地震。
２、在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。
五、思考探究
静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？
陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。
说明：物体的稳定性也和它的运动状态有关
陀螺效应在日常生活中也有广泛的应用：
　　１、自行车（骑起来只有两个支撑点却可以不倒）
　　２、旋转的硬币
　(共36张PPT)
1.3 结构的稳定性
泰安肥城一中
授课人：李道文
因货物堆得过高而在弯道翻倒的三轮车
被风吹倒的自行车
不倒翁
……
一、什么是结构的稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
二、影响结构稳定性的因素
扎马步
站立
单腿站立
重心
面积
1、结构的形状
　 支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
大 坝
想一想：
大坝为什么建成上端小而下端大的梯形形状？
安徽霍山 佛子岭水库
　临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？
观察生活：
底面积大
自行车
一块砖与半块砖
２、重心的位置
重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。
　
不倒翁不倒
不倒翁倒了，为什么？
正常放置的空的矿泉水瓶，如何增加它的稳定性？
思考：
在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己的不摔倒？ 　
人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体姿势重心的高低，在一定的范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面越大，越稳定！
　
练习
比萨斜塔为何不倒？
结构稳定的基本条件
重心所在的点垂线落在结构底面的范围内
如何设计篮球架，才会更稳定？
三、巧妙地增加结构的稳定性
　　一般情况下，虽然通过增加支撑面或降低重心来增加结构的稳定性是比较有效的方法。
　　但要做到这两点往往要受到很多限制。此时不妨通过：
　　1、减小长细比
　　2、充分利用三角形框架及其组合结构
三角形的应用
　　三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定，所用材料最少。
1、秋千
2、路灯……
铝合金A字形梯
四、反其道而行之
——不稳定性的应用
不稳定结构的利用
跨栏
１、倒置的啤酒瓶可以预报地震。
２、在打水的桶口边挂一重物，在水　　
　　面时能自动翻倒打水。
五、思考探究
　　静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？
陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。
说明：物体的稳定性也和它的运动状态有关
应用：
　　１、自行车
　　２、旋转的硬币
　
1、稳定性的概念
2、稳定性的影响因素
3、巧妙增加结构的稳定性
4、不稳定性的应用
5、思考探究
小结
桁架结构

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