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结构的稳定性
超
高
的
车
辆
容
易
翻
倒
台 风 过 后
某公园里
F
倒摆
稳 定 性 概 念
稳 定 性 概 念
稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，即为稳定；不能回到原有平衡状态，为不稳定。
结构具有阻碍翻倒或移动的特性，就是结构稳定性。
接触面与支持面
接触面是物体与地面接触形成的面。
支撑面是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面的构成的面。
（一）影响结构稳定性的主要因素：
[实验探究1]：
拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。
因素一：支撑面积的大小
1.稳定性与支撑面积的大小有关
支撑面越大越稳定，越小越不稳定。
A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较大的底座。
结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定 。
落地扇为什么不易倾倒？
想一想：
不倒翁为什么不容易倒？
影响稳定性的因素之一
结构的形状影响稳定性——支撑面积；几何形状
为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？
矿泉水瓶装满水，分别为正立、倒立，哪一种放置最稳？哪一种放置最不稳？为什么？
想一想：
为什么大坝的横截面总是建成梯形的？
大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。
稳定的几何形状有：三角形、六边形、Z字形等、
结构的几何形状影响稳定性
照相机的支
撑架为什么
用三角架支
撑而不用四
角架？五角
架……
A字形梯为什么载人时能够保持稳定？
如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
想一想：
一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。
当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。
三角形稳定性的应用
不倒翁
上轻下重的物体比较稳定，也就是说重心越低越稳定。所以不倒翁无论如何摇摆，总是不倒的。
影响稳定性的因素之二—重心位置
不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上斜挂上
一定数量的铁环，它还会不倒吗？
如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升
高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不
在是不倒翁了。
课堂小游戏
熟鸡蛋当从侧面让它旋转起来时，它就会竖直地站立起来，哪到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？
如何不借助其他物品让一煮熟的鸡蛋竖立在光滑的桌面上
物体运动只能使它趋向于降低重心，而鸡蛋一转，由平放而立起重心反而提高了；另外，谁都知道陀罗定向，鸡蛋在桌面上绕竖直轴转动时，转的方向不动而鸡蛋自己翻身而起；其三，任何物体底面越平越稳定，鸡蛋却偏偏不安于现状，偏要一尖儿着地立起来，本来是躺着时与桌面接触面积更大的状态更稳。
鸡蛋在旋转起来时，支持点周围也不免与支持面（桌面）产生摩擦，而这种旋转的物体总是使运动趋向于摩擦更小的状态。当鸡蛋摇摇晃晃地立起来，终于使一个尖端着地时，就逐渐达到了支持点面积最小，稳定旋转的状态，水平的能量转化成为绕对称轴旋转的动作。当然，由于摩擦，它的转速又会慢慢减小。然后开始摇晃，最后，倒下来，因为这时它要趋向重心更低，更稳定的状态。
为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢
影响稳定性的因素
思考
结构稳定性的基本条件：重心所在点的垂线应落在结构支撑面内。
重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内
以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。这是利用了什么的原理？由此你得出什么结论？
影响结构稳定性的主要因素：
结构的形状
重心位置的高低
结构与地面接触所形成的支撑面的大小
影响结构稳定性的因素是相互关联的
如何增加结构的稳定性
2.增大结构的底面面积。
3.降低结构的整体重心位置。
4.减小长细比：长细比指的是结构的纵向长度与横向截面的最大尺寸之比。
1.利用三角形框架及其组合结构，可以有效地增加结构的稳定性。
不稳定的结构应用：
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。
强度与稳定性的联系与区别
稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。
强度问题是一个应力问题；稳定问题是一个变形问题。
例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅子会不会左右晃动、摇摆，那就是一个稳定性问题了。
填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因。
马上行动（P012）
物体 受到的外力 不稳定的主要因素
广告牌
落地灯
底小口大
的空竹篓
重力、风力
底座小、重心高、受风面积大
重力、撞击力
底座小、重心高
重力、撞击力
底座小、重心高
静止状态的单车如何保持稳定（课本：P14）
[案例分析]：
（1）双腿支撑
（2）单腿支撑
1.调整单脚支撑位置，研究何时最易倒下，何时最平衡？自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？
探究
注意：自行车的支撑架与地面的夹角不能太小，否则，自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。
在静止情况下，自行车本身不能自我平衡，需要加一支撑脚。当由骑车人和自行车构成一个 系统时，系统动起来之后，骑车人为系统注入动力，从而在自行车前进的时候，通过人的不断调节，自行车和骑车人与地面垂直，使自行车的重心落在车轮与地面接触的面积内。因此，在没有明显的外力干涉时，这一动态系统能够表现出一种稳定。
3.静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？
问题就出在旋转速度和摩擦上了。
陀螺在旋转起来时，支持点周围也不免与支持面（桌面）产生摩擦，而这种旋转的物体总是使运动趋向于摩擦更小的状态。当陀螺摇摇晃晃地立起来，终于使一个尖端着地时，就逐渐达到了支持点面积最小，稳定旋转的状态，水平的能量转化成为绕对称轴旋转的动作。当然，由于摩擦，它的转速又会慢慢减小。然后开始摇晃，最后，倒下来，因为这时它要趋向重心更低，更稳定的状态。
结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导致功能的改变
多功能起子
（三）、结构与功能:
小结
一、结构的稳定性
影响结构稳定性的三个因素：重心位置、支撑面积的大小和结构的形状
二、结构的强度
影响结构强度的三因素：结构的形状、结构的材料与连接
三、结构与功能
案例分析
-古代日本的卓越智慧 日本的建筑物自古以来一直以木头为原料，包括不少较高的建筑，京都和奈良的寺庙里耸立着的五重塔即属古代的高层建筑。约在１３００多年前，源于印度的放有释迦佛骨的佛塔「卒塔婆」经由中国和朝鲜半岛传到了日本。后来，这种佛塔渐渐地演变成为日本独特的五重塔。在地震多发的日本，经历过无数次地震的五重塔始终没有被震毁，其优美典雅的建筑风貌一直保持至今。其原因究竟何在
探其原因，首先要关注的是其所使用的原材料。五重塔是完全的木结构建筑，在受到震力时，其木料会相应发生或弯或扭的变形，但是，整个塔身却不会倒塌。而当震力消失后，木料便会恢复原状。木料所具有的柔性把地震发生时所产生的巨大能量吸收掉了。 原因之二是，在五重塔的整个结构中也同样存在着这种柔性，也就是说，整个五重塔是一个柔性结构，其构件与构件的结合部位几乎不使用铁钉，而是利用嵌入方式进行连接，即把一构件上的榫头嵌入另一构件的凹凿处。这样，当地震发生时，构件之间的结合部会吱吱嘎嘎地作响，或会歪扭，但是，来自地面的震力却不易向上传导。在五重塔的建筑结构中，这种嵌入式构件结合部据说有约1000处，整个建筑的结构就好像柔韧的魔芋。
五重塔不倒的第三个原因，即五重塔是由五块魔芋构筑起来的。五块魔芋构成一个组合，它就能站立起来。实际上，五重塔的五个层面，不是被称为“五层”，而是被称为“五重”，因为它不是一个建筑的五个层面，而是五个构筑体以嵌入式的方法像套盒一般地重叠在一起。在地面发生震动时，正是这种嵌入式套盒结构，使重叠的各构筑体仅仅出现缓缓的摇晃，即左右重心平衡，是挑着担子的玩具偶人的名字。玩具偶人之所以能保持平衡，是因为其左右臂上的重坠低于支点。如果左则重坠下降的话，那么，左右两侧的重坠与支点之间的水平距离就会不同，如①与②那样。也就是说，因为②的距离变长了，右臂上的重坠就会下降。如此不断反复，从而保持整体平衡。

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