稳固结构探析精品文稿.ppt
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1、稳固结构探析第1页,本讲稿共60页 在台风来之前它是稳定的!是什么原因出现了不平衡状态?那到底什么样的结构是稳定的,什么样的结那到底什么样的结构是稳定的,什么样的结构又是不稳定的?物体稳定与不稳定的程度构又是不稳定的?物体稳定与不稳定的程度又如何评价?又如何评价?第2页,本讲稿共60页第二节第二节 稳固结构的探析结构的探析第3页,本讲稿共60页结构的稳定性:结构的稳定性:v结构的稳定性是指结构在负载的作用下,维结构的稳定性是指结构在负载的作用下,维持原有平衡状态的能力。持原有平衡状态的能力。结构的稳定性与什么因素有关?结构的稳定性与什么因素有关?想一想:想一想:第4页,本讲稿共60页 填表说明
2、下表中的物体有可能因受哪些力的作用而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。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(马上行动(P012)物体物体受到的外力受到的外力不不稳稳定的主要因素定的主要因素广告牌广告牌 落地灯落地灯底小口大的底小口大的空竹空竹篓篓重力、风力重力、风力底座小、重心高、受风底座小、重心高、受风面积大面积大重力、撞击力重力、撞击力底座小、重心高底座小、重心高重力、撞击力重力、撞击力底座小、重心高底座小、重心高第5页,本讲稿共60页(一)影响结构稳定性的主要因素:(一)影响结构稳定性的主要因素:实验探究实
3、验探究1:拿一本书,让它直立在桌面上,它马上倾倒了,显然,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。的挺立住。因素一:支撑面积的大小因素一:支撑面积的大小1.1.稳定性与支撑面积的大小有关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。支撑面越大越稳定,越小越不稳定。第6页,本讲稿共60页A.落地电落地电风扇或者宾风扇或者宾馆里的落地馆里的落地灯,它们都灯,它们都有一个比较有一个比较大的
4、底座。大的底座。结构的底座,结构与地面接触所形成的支撑面大结构的底座,结构与地面接触所形成的支撑面大,稳稳定定 。第7页,本讲稿共60页B:为什么大坝的横截面总是建成梯形?:为什么大坝的横截面总是建成梯形?大坝需要承受很大的力的作用,如自身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,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。支撑面越大越坚实,稳定性就越好。第8页,本讲稿共60页C.为什
5、么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜?斜?这是为了进一步增大与地面接触所形这是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积,增加稳定性。成的支撑面积,增加稳定性。注意:注意:支撑面支撑面接触面。接触面。接触面接触面:是物体与地面接触形成的面。支撑面支撑面:是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。第9页,本讲稿共60页接触面支撑面第10页,本讲稿共60页实验探究实验探究2:落地扇为什么不易倾倒?:落地扇为什么不易倾倒?落地扇的底座采用较重的材料,风扇比底座落地扇的底座采用较重的材料,风扇比底座轻很多,使落地扇的重心降低。轻很多,使落地扇的重心降低。第11页,
6、本讲稿共60页第12页,本讲稿共60页2结构的稳定性与重心位置有关。物体结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低,越稳定。重心越低,越稳定。因素二:重心位置因素二:重心位置A.不倒翁为什么不倒不倒翁为什么不倒?如果在它脖子上挂?如果在它脖子上挂上一定数量的铁环,上一定数量的铁环,它还会不倒吗?它还会不倒吗?第13页,本讲稿共60页 不倒翁的重心很低,就在它与地面的接触点上,所以不倒,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。重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。第14页,本讲稿共60页B.以前的农作物个子高,遭遇
7、暴风骤雨容易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。倾覆,造成减产;现在的农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理。就是利用了重心低结构稳定的原理。C.比萨斜塔为什么不倒塌?比萨斜塔为什么不倒塌?15901590年,意大利的伟大科学家伽俐略,曾在斜塔的顶层做过年,意大利的伟大科学家伽俐略,曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验,让两个重量相差自由落体运动的实验,让两个重量相差1010倍的铁球,同时从塔倍的铁球,同时从塔顶落下,结果,两球同时着地,一举推翻了束缚人们思想近顶落下,结果,两球同时着地,一举推翻了束缚人们思想近20002000年年的希腊著名学
8、者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不相同的相同的“物体下落速度与重量成正比物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代,被人们称为验物理的新时代,被人们称为“近代科学之父近代科学之父”,而他用来做实,而他用来做实验的斜塔也因而更加遐迩闻名。验的斜塔也因而更加遐迩闻名。第15页,本讲稿共60页 它从1174年始建,1350年竣工,经历了176年。但由于塔身过重,地质松软,因此塔身仍以每年125毫米的速度向南倾斜。到1999年1月,塔顶比中轴线偏斜已达48米。意大利当局为了拯救斜塔,已向全世
9、界广泛征求保护方案,同时在塔的北侧加压了830吨的铅块,并在塔身的三分之一处加了一圈铜缆,向北牵拉固定。不过斜有斜的好处,每天为“斜”而来的参观者多达10余万人,扔下大把大把的银子。如果它是一座正塔,比萨就不会有今天的风光,也就不会有这么多便宜可占了。第16页,本讲稿共60页 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图,使学通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图,使学生容易理解,比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂生容易理解,比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度,重心的线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度,重心的垂线不再落在塔的底面时,塔
10、就会倾倒。垂线不再落在塔的底面时,塔就会倾倒。结构重心的位结构重心的位置:置:结构重心结构重心所在点的垂线所在点的垂线是否落在结构是否落在结构底面的范围内,底面的范围内,落在就是稳定落在就是稳定的,没有就是的,没有就是不稳定的。不稳定的。第17页,本讲稿共60页 一摞书,整齐放置时的稳如泰山;另一一摞书,整齐放置时的稳如泰山;另一种放法种放法,每本都往一边慢慢往外放置,到一定每本都往一边慢慢往外放置,到一定程度时一摞书就全倒了。程度时一摞书就全倒了。小实验小实验第18页,本讲稿共60页 辽宁瑞州古塔,现辽宁瑞州古塔,现存塔身高存塔身高10米,塔身向米,塔身向东北方向倾斜东北方向倾斜12度,塔度
11、,塔尖水平位移尖水平位移1.7米。该塔米。该塔建成之后虽几经地震与洪建成之后虽几经地震与洪水破坏,却始终斜而不倒,水破坏,却始终斜而不倒,堪称奇迹。堪称奇迹。小资料:中国的斜塔小资料:中国的斜塔第19页,本讲稿共60页苏州的虎丘塔苏州的虎丘塔虎丘塔高虎丘塔高47.747.7米,比米,比意大利比萨斜塔矮意大利比萨斜塔矮6 6米;米;塔尖偏离中心塔尖偏离中心2.342.34米,米,是比萨塔的一半;虎丘是比萨塔的一半;虎丘塔建于塔建于961961年,比比萨年,比比萨塔早完工塔早完工390390年。因为年。因为地基不牢,重地基不牢,重60006000吨的吨的塔便倾向土堆的一边。塔便倾向土堆的一边。第2
12、0页,本讲稿共60页3 3、结构的稳定性与它的几何形状有关。、结构的稳定性与它的几何形状有关。A、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?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。第21页,本讲稿共60页 因为三角支架与地面因为三角支架与地面有三个接触点,形成的三有三个接触点,形成的三角形结构使照相机的支撑角形结构使照相机的支撑架更容易稳定架更容易稳定。B B、照相
13、机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状?、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状?因素三:结构的稳定性与它的几何形状有关。第22页,本讲稿共60页 建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的;钢架结构梁的桁架大多都是由多个三角形构成的;钢架结构的十字梁同样是运用这一原理,在四边形的框架中的十字梁同样是运用这一原理,在四边形的框架中用两条杆件作对角线,形成多个三角形,既节省了用两条杆件作对角线,形成多个三角形,既节省了材料,减轻了结构的质量,又有效地加强了结构的材料,减轻了结构的质量,又有效地加强了结构的强度和稳
14、定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件,强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件,如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架,以及摩天大如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架,以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。楼钢架结构中都被普遍地采用。补充(三角形稳定性的应用):补充(三角形稳定性的应用):第23页,本讲稿共60页静止状态的单车如何保持稳定(课本:静止状态的单车如何保持稳定(课本:P14)案例分析案例分析:(1)双腿支撑(2)单腿支撑 第24页,本讲稿共60页1.1.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
15、不会倒下呢?骑起来时,只有两个支撑点,为什么不会倒下呢?探究探究注意: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撑脚。当由骑车人和自行车构成一个 系统时,系统动起来系统时,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,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。
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