通用技术2-探究结构的稳定性和强度

1、第一章第一章 结构与设计结构与设计第二节第二节 探究结构探究结构 魁北克大桥的垮塌魁北克大桥的垮塌上海楼房倒塌上海楼房倒塌 高压电线塔的垮塌高压电线塔的垮塌 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：A.落地电风扇或者落地电风扇或者宾馆里的落地灯，宾馆里的落地灯，它们都有一个比较它们都有一个比较大的底座。大的底座。结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大大, ,稳定稳定 。因

2、素一：支撑面积的大小因素一：支撑面积的大小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，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，触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。稳定性就越好。2结构的稳定性与重心位置有关。结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。物体重心越低，越稳定。因素二：重心位置因素

3、二：重心位置A.不倒翁为什么不倒？不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它一定数量的铁环，它还会不倒吗？还会不倒吗？ 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。 B.以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普容易倾覆，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遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理。的原理。C. 比萨斜塔

4、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，让两个重量相差过自由落体运动的实验，让两个重量相差1010倍的铁球，同倍的铁球，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们思想近20002000年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同年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的物体其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成物体下落速度与重量成正比正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代

5、，被人们的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们称为称为“近代科学之父近代科学之父”，而他用来做实验的斜塔也因而更，而他用来做实验的斜塔也因而更加遐迩闻名。加遐迩闻名。 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，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线落在塔的底面的范围内。当塔倾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，重心的垂线不再落在塔的底面时，斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。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

6、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。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。 因为三角支架与地因为三角支架与地面有三个接触点，形成面有三个接触点，

7、形成的三角形结构使照相机的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定的支撑架更容易稳定。B B、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？状？因素三：结构的稳定性与它的几何形状有关。 总结总结影响结构稳定性因素影响结构稳定性因素: : 因素一：因素一：支撑面积的大小支撑面积的大小 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。 因素二：因素二：重心位置重心位置 2.结构的稳定性与重心位置有关。结构的稳定性与重心位置有关。 物体重心越低，越稳定。物体重心越低，越稳定。 因素三：

8、因素三：几何形状几何形状 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。补充：补充：三角形稳定性的应用：三角形稳定性的应用：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，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。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，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。 练习练习: :1.在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶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

9、旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保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没摔倒？持自己的没摔倒？(2)货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体姿势重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，在一定范围内，两脚分得越开，则重心越心的高低，在一定范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面变大，越稳定！低，支撑面变大，越稳定！拓展：拓展：不稳定的结构应用：不稳定的结构应用：如移动门、折叠椅等等.倒置的啤酒瓶可以预报地震。.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。 （二）结构的强度

10、（二）结构的强度结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构的强度是指：结构的强度是指：强度与稳定性的联系与区别：强度与稳定性的联系与区别： 我们知道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。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。根据你的生活经验填写下表：根据你的生活经验填写下表：马上行动：马上行动：事件事件结果结果原因原因 分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物 沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝

11、的钢管竹竿比脆性塑竹竿比脆性塑料杆能挂更多料杆能挂更多的重物而不会的重物而不会断裂断裂不同材料的抗不同材料的抗拉性能不同拉性能不同中间有焊接缝中间有焊接缝的钢管受到撞的钢管受到撞击时容易损坏击时容易损坏因为有连接点因为有连接点1.影响结构强度的主要因素影响结构强度的主要因素 吊兰支撑使用的三角形支吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。从材料方面考虑，挑起的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，钢管抗管而不是木条或塑料，钢管抗拉力性能好。从连接方式考虑，拉力性能好。从连接方式考虑，吊兰的三角形

12、支架的构件是焊吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆缚，这种连接方式接而不是捆缚，这种连接方式更牢固。更牢固。1) 影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接p22(1)结构的形状结构的形状: A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。的。注意：注意：结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。二是结构的构件

13、截面形状。小实验：小实验：P019（2）因素）因素2：使用的材料：使用的材料结构的强度与材料有关结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯（3 3）因素）因素3 3：构件之间的连接方式：构件之间的连接方式： 结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。 结构构建的连接通常有以下两类：结构构建的连接通常有以下两类： 铰连接铰连接 刚连接刚连接铰连接：铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。 刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。胶接胶接榫接榫

14、接 结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。不同的材料有不同的连接方式；构件的连接方式不同，结构的强度也不同。 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（三）、结构与功能:小结小结一、结构的稳定性一、结构的稳定性影响结构稳定性的三个因素：影响结构稳定性的三个因素：重心位置、重心位置、支撑面积的大小和结构的形状支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度二、结构的强度影响结构强度的三因素：影响结构强度的三因素：结构的形状、结结构的形状、结构的材料与连接构的材料与连接三、结构与功能三、结构与功能为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？倾斜？ 这是为了进一步增大与地面接触所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。形成的支撑面积，增加稳定性。接触面接触面支撑面支撑面注意：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。vA支撑面越来