通用技术：1.3《结构的强度与稳定性》课件(地质版必修2)

宋祖英-小背篓.wma桥梁事故魁北克大桥桥梁事故魁北克大桥桥梁事故魁北克大桥第三节结构的强度与稳定性试验1简易拉伸试验•结论：•多股绳比单股绳抗变形能力，即：粗绳抗拉强度大大•试验2简易弯曲试验结论：•厚梁比薄梁的截面积，抗弯强度。大大•试验3简易组态试验PP结论？•三角形比四边形稳定技术试验后的回顾与思考•前面的技术试验，让我们思考了哪些问题呢？•二、应力与强度内力•外力是使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力。内力与外力的关系外力内力PN内力与外力的关系外力内力NP应力：构件单位截面积所受的内力称为构件的应力。应力应力截面应力PG截面应力PG截面NN=内力P+G压力重力应力计算公式：σ＝N/S单位:内力N（N）横截面积S（mm2或cm2）应力σ（N/mm2或N/cm2）学以致用•P.26试一试阅读材料•P.25什么是容许应力？构件的强度越大，它所能承受的容许应力越大。物体的形状与强度布带子用应力概念解释试验现象布带子影响结构强度的因素1、形状构成的形状略有改变，强度就会改变。构件的截面不同，其强度不一样。常见的结构横截面的形状“工”字形横梁被广泛应用使用的材料纸杯钢杯塑料杯2、材料形状相同，材料不同，强度就不同。独木桥赵州桥5目录封面封底退出目录封面封底退出6退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面退出封底目录封面封底退出目录封面封底退出目录封面桁架桥组合桁架桥—完成后的照片生月大桥生月大桥Forth铁路桥3、材料的连接方式不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。结构的稳定性•结构的稳定性——在荷载作用下维持其原有平衡形式的能力。•结构强度——构件何材料抵抗破坏的能力。影响稳定性的因素如何提高稳定性1、构成三角形结构2、增大底面面积3、降低重心较小底面积底面积处于两者中间较大底面积拉力（N）结构的稳定性试验：用12支竹签制作一个相框（竹签可以折断）要求：1.相框为矩形2.可以立在桌面上3.结构越稳固越好二、结构的稳定性•[实例]A形铝梯问题分析：（1）A形梯使用时如何正确打开与支牢？（2）人工作时站在A形梯中段与顶端有什么不同？问题：1、A形梯是如何体现上述道理的？2、扭绞的绳子为什么不易被拉断？结构的稳定性试验2：•添加竹签，看最少加多少可以达到要求。•要求：在结构离开支持面20cm处放一个50克的砝码，结构可以保持稳定.结构的稳定性试验3：•用手上的竹签和橡皮筋做一个最稳定的结构。•要求：在结构离支持面20cm处，施加一个50克砝码水平力的作用而不倒。•每组选出最稳定的结构参加测试，看谁做的能承受最大的力。案例分析：【怒江斜拉桥】案例分析【大连北大桥－斜拉桥】看看下面图示中采用了哪些连接方式复习•什么是结构？结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。从力学角度来说，结构是指可以承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么原因出现了图上所示的现象？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，什么样的结构又是不稳定的？物体稳定与不稳定的程度又如何评价？第二节稳固结构的探析结构的稳定性：•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。结构的稳定性与什么因素有关？想一想：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（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。B：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？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。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。接触面支撑面[实验探究2]：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。2．结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。因素二：重心位置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？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.比萨斜塔为什么不倒塌？1590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10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2000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“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们称为“近代科学之父”，而他用来做实验的斜塔也因而更加遐迩闻名。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1．25毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达4．8米。意大利当局为了拯救斜塔，已向全世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。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，塔就会倾倒。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。一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法,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。小实验辽宁瑞州古塔，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。小资料：中国的斜塔苏州的虎丘塔虎丘塔高47.7米，比意大利比萨斜塔矮6米；塔尖偏离中心2.34米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于961年，比比萨塔早完工390年。因为地基不牢，重6000吨的塔便倾向土堆的一边。3、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。B、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。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。补充（三角形稳定性的应用）：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。2.走钢丝的人为什么要拿一条长棒？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？这个谜，直到本世纪八十年代初才解开。一位美国的物理系研究生，通过电脑进行复杂的运算，终于从理论上解决了。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。陀螺效应：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。马上行动：摩托车的支撑架（课本：P14）运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同。结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。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。(3)在我国四川的广汉三星堆出土的器具有许多都是尖底的。怎么摆放才稳定呢？(4)P023页第1题练习:(1)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？(2)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！要提高这种篮球架的稳定性可以怎么做？在篮球底座上加些比较重的石板之类的重物。是为了使篮球架的重心向后偏移，重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，达到结构稳定的基本条件。还有什么方法吗？可以增大底座与地面的接触面，这样也可以使重心所在点的垂线落在结构底面的范围内。??但我们在日常生活中没有发现这样做的，为什么呢？生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。根据你的理解，结合教材，上述情况是什么原因造成的？那我们如何来评价这条板凳、这个防盗网呢?我们就要用到我们今天学习的内容：强度。（二）结构的强度这条板凳、这个防盗网的强度是怎样的，也就是指它受到外力作用的情况下，它不被外力破坏的能力如何。结构具有的抵抗被外力破坏的能力。所以说结构的强度是指：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