第三节 结构的稳定性

研究结构稳定性的目的之一：是为了 在技术领域中设计出更加稳定的结构
观察与总结
物体 广告牌 落地灯
底小口大的 空竹篓
受到的外力
重力、风力 重力、碰撞
不稳定的主要原因
重心偏高、风太大 底座不够重、重心偏高 与地面接触所形成的支撑面较 小、重心偏高。
重力、碰撞
探究实验
哪种方式用的力大？哪种方式用的力小？为什么？这说明什么问题呢？
•研究不倒翁的结构，发现不倒翁的重心很低，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。
思考：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 底座轻很多，使落地扇的重心降低
结论二：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。
生活中采用降低重心的 方法来提高结构稳定性 的实例
小资料：中国的斜塔
辽宁瑞州古塔， 现存塔身高10米，塔 身向东北方向倾斜12 度，塔尖水平位移1.7 米。该塔建成之后虽 几经地震与洪水破坏 ，却始终斜而不倒， 堪称奇迹。
探究实验三：意大利著名的比萨斜塔为什么不倒塌？
结构重心的位置：结构重心所在点的垂线是否落在结构 底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。
想一想：
为什么许 多课桌椅的支 撑脚要做成往 外倾斜？
思考分析
1、观察学校篮球架，分析 篮球架要有较高的稳定性，需 具备什么条件？
篮球架示意图如右图所示， 假设AC=CB，由于篮球架的重力， 使得整个架子的重心落在CB外， 则篮球架是不稳定的。为了使篮球 稳定，一般都采取在地面BC处加 重物或固定的措施。
E
D
A
C
B
船舶结构虽说复杂很多，但也由基本结构组成
台风过后的灾害
打破原有的平衡状态出现了不稳 定现象。
暴雪过后的灾害

打破原有的平衡状态出现了不稳 定现象 。
定义：结构的稳定性是指结构在 载荷
的作用下维持其原有 平衡状态 的能力。
1 .结构的稳定性
结构的稳定性(Stability)是指结构在负载的作用
下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性 质之一。 稳定不是状态绝对不变，而是指受干扰后，允许状 态有所变动，但当干扰消失后，能重新返回到原平 衡状态，称为稳定。不能回到原有平衡状态，称为 不稳定。
看下面的图片说一下哪些事物是稳定的，哪些事物是不稳 定的？
思考与探究
展示： 哪种形状（结构）最稳?
2.影响结构稳定性的因素一
探究实验：从材料箱中拿出一张纸，动手做一下， 如何让一张纸立起来？ 结论一：结构的稳定性与它的几何形状有关。
思考一：为什么屏风能稳定站立？
思考二：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？
结构形状影响稳定性
三角形结构使支架更容易稳定
[思考]：怎样让一本书更好地直立在桌面上？
例如、照相机的支撑架为什么常使用三脚 架而不用其他形状？
因为三角支架与 地面有三个接触点， 形成的三角形结构使 照相机的支撑架更容 易稳定。
影响结构稳定性的因素二
探究实验二：不倒翁为什么不倒？如果在它脖子 上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗18年10月
教学目标
（1）知识与技能： ①理解稳定和结构稳定性的概念。 ②通过实验分析总结出影响结构稳定性 的主要因素 （2）过程与方法： 通过探究、实验、讨论、分析等教学方 法， 使学生懂得应用相关的理论知识。 （3）情感态度价值观： ①增强学生对结构稳定性的认识。 ②培养创新品质，提高审美意识。
B C
A
[探究]自行车骑起来时，只有两个支撑点， 为什么不会倒下呢？
陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋 转轴的方向）的惯性。即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。
所以一旦自行车运动起来后， 转动的车轮也具备这种能力，这 种能力使得自行车即使发生了倾 斜，也能自动地把自行车调整过 来，这就是自行车不倒的原因。
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，梯子本身就能一般情 一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形， 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。 梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两 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 个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进 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。 一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。 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 如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。 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。 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。
思考：
人站立时稳定，身体倾斜到一定程度的 时候会变的不稳定，为什么重心下降了，反 而不稳定了呢？
结构重心的位置高低影响结构稳定性 的结论成立是有条件的 。

这个条件是结构重心所在点的垂线是否落在结 构底面的范围内，落在底面范围内就是稳定的， 反之就会不稳定。
重心的射影位置
支持面与接触面
注意：支撑面≠接触面。 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构成的面。
结论
影响结构稳定性的因素：
重心位置 结构形状 支撑面积 材料
案例分析
[生活中的事例] 观察一下静止状态的单车如 何保持平衡?
分析：
1、双脚支撑，三点形成一个固定三角形，且自行车重心落 在该三角形内，所以这种是稳定支撑。
2、单脚支撑，三点形成三角形的形状取决于单脚A位置， 而A点位置由自行车倾斜角度决定，在一定范围内，支撑架 与地面的夹角越小（自行车的车身越斜)，△ABC的面积越 大，自行车的重心容易落在三角形内，也就越稳定。
动手做一做：
正立和倒立的矿泉水瓶哪个较稳定？受同样的力，哪个容易倾倒？
结论三：支撑面越大越稳定
请同学们分析一下下面的物体稳定性？为什么？ 并且举有关这个知识点有关的例子！
生活中有哪些结构的稳定性设计 思考：生活中有哪些结构的稳定 用到这一要素？最后提出是不是 性设计用到这一要素？ 支撑面越大越越稳定呢？
卫星电视接收天线
支撑杆有螺丝固定在大框架上
鸡蛋的结构稳定吗？有什么方法能 使鸡蛋竖起来？
高塔为什么一般 上面很小，下端面积 很大？
木雕圆桌、圆凳
与地接触面积大 摆放稳定
探究实验四：大风刮来时，相同形状大小 的石凳子和木凳子哪个稳定性好？ 和木凳子哪个稳定性好？
结论四：材料也是影响结构稳 定性的一个因素。