台风过后,部分结构却完好无损,这又说明,有的结构稳定,有的结构不稳定。
想一想:
结构的稳定性与什么因素有关?
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。(p012)
物体
受到的外力
不稳定的主要因素
广告牌
重力、风力
底座小、重心高、受风面积大
落地灯
重力、撞击力
底座小、重心高
底小口大的空竹篓
重力、撞击力
底座小、重心高
(一)影响结构稳定性的主要因素:
[实验探究1]:
学生拿一本书,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。
[引导学生得出结论]:结构的底座,结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定。
b:为什么大坝的横截面总是建成梯形?
生:思考回答
师: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。
c.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜?
生:思考回答
师: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。从而引导学生得出结论:结构的稳定性与支撑面积大小有关。
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。)
[实验探究2]:显示落地扇的图片
师:落地扇为什么不易倾倒?
生:思考回答
师: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。
因素二:重心位置
2.结构的稳定性与重心位置有关。
物体重心越低,越稳定。
a.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?
师: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。
[引导学生得出结论]: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的原理。
c.屏幕显示比萨斜塔的图片,比萨斜塔为什么不倒塌?(简单介绍比萨斜塔。)
比萨斜塔(campanile di pisa)其实是比萨教堂(duomo)的一部份,整座教堂建筑分为主教堂、洗礼堂与钟楼三大部份。主教堂采用了拉丁十字架式,有些设计高雅别致的柱子作装饰;教堂的正面是洗礼堂,紧接著教堂而兴建;在后方有一罗马式的建筑,其圆顶部份是在百多年后才兴建的,采歌德式的设计,像是一个圆球上的圆锥体,十分独特。
据说,大约在10纪,比萨王国打了一次胜仗,掠获了大批财宝。为了炫耀功绩,大公决定建筑一座大教堂,在教堂旁边修一个钟塔。钟塔建到三层时就发现向南倾斜,被迫停工。94年之后,比萨人建塔之心不死,找来著名工程师皮萨诺反复测量,证实此塔虽斜,但无倒塌之虞;便又继续修建并把每层南面的柱子略微加高一点。比萨斜塔离大教堂20多米,本是大教堂的钟楼,外观呈圆柱形,是由白色大理石砌成。