当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

高中通用技术


第二节 稳固结构的探析

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?

楼脆脆:上海的一栋高楼整体倒覆,故 得此称号

被台风吹倒的广告牌

货装多了 车“罢工” 了

在台风来之前货物少的时候它们是 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?

一、结构的稳定性

结构的稳定性是指结构在负 载的作用下维持其原有平衡状态 的能力。

想一想:

结构的稳定性与什么因素有关?

影响结构稳定性的因素

因素一: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,不倒翁就不再是 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。

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。

比萨斜塔

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。

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。

想一想:
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。 通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图, 使我们知道: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。

影响结构稳定性的因素

因素二:支撑面积的大小

结构的支撑面

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。
?

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 。

想一想: 为什么 大坝的 横截面 总是建 成梯形 的?

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。

想一想: 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。

影响结构稳定性的因素

因素三:结构的形状

想一想:

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?

3、结构的稳定性与它的几何形状有关。
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。

想一想:

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。

结论

影响结构稳定性的因素:

重心位置 结构形状 支撑面积

学以致用:
单脚支 撑的自行 车放稳的 原因分析

探究
1. 自行车骑起来时,只有两个支撑点,为 什么不会倒下呢?
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。

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? 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! (2) P023页第1题

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。

拓展:不稳定的结构应用
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: 倒置的啤酒瓶可以预报地震。

小结
?

影响结构稳定性的原因 ①重心位置的高低 (重心越低,稳定 性越好;重心越高,稳定性越差) ②支撑面积的大小(支撑面越大越 坚实,稳定性就越好) ③结构的形状

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?

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。

二、结构的强度

结构的强度是指结构具有的抵抗 被外力破坏的能力。

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。

想一想:
结构的强度与什么因素有关? 结构的形状、结构的材料、结构构 件之间的连接方式

(1)结构的形状: 注意: 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。 A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样 的。

B.结构的外形相同,构件的截面不同,其强度不一样。 C.相同材料,相同截面积,不同截面形状的构件强度 不同。

经理论证明和实践验证,在横截面面积相同的情况下,采用 “工字梁”是合理的,而采用圆形截面就不合理。这是因为工 字梁的面积集中在应力最大的地方,而圆形则相反。但有时为 了制造和使用的问题,圆形截面的梁还是要采用的。如一些承 受弯曲的轴,就得用圆形截面。

D.三角形形状: 三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、 稳定、所用材料最少。 在长方形或六边形的框架中间,加上支撑构件,构 成三角形,就可以大大增加它的牢固程度。

金刚石分子为四面体,每个四面体有四个角、四个面, 且每个面为三角形。

2.2、强度与材料

VS 纸杯 钢杯

结构的强度与材料有关

混凝土材料。

使用钢筋混凝土结构的好处是什么?
混凝土抗压性能 较好,而抗拉能力就 比钢筋要小得多。因 此在制造时可在梁的 受拉区放置钢筋,组 成钢筋混凝土梁,在 这种梁中,钢筋受拉, 混凝土受压,它们合 理组成一个整体,共 同承担载荷的作用。

2.3 结构的连接

结构的连接是指通过一定的连 接物将构件组成整体结构。

2.3 结构的连接

结构构建的连接通常有以下两类:

铰连接

刚连接

2.3 结构的连接
铰连接: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。

2.3 结构的连接
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。
榫 接

胶接

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。

马上行动
(1).对一个用4根小木条钉成的相 片框,使它更牢固的做法是什么? 可用直角铁片固定在连接处的背面。 (2).在自行车各部件之间的连接中,三角架属于 刚连接; 铰连接 _________ 连接;刹车连杆之间属于_________ 连接; 铰连接。 辐条与钢圈之间属于_______________ 连接。

(3).比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言 哪种连接方式的强度更好。 左边的榫卯连接的强度最大,上下、左右、前 后各方向都被牢牢固定住,所以强度最大。中间 的连接方式强度最小,钉子是从侧面钉进去的, 中间的横梁不能承受较重物体的压力,所以强度 最小。

探究:p020 为什么矿泉水瓶表面上有若干凸起的横向 纹路,它的作用是什么?
一是为了增加瓶子 的强度,使其受力不变形; 二是增大瓶子与手之间的 摩擦力;三是既有利于承 受较大的负载,造型又美 观大方。

观察空调压缩机在户外墙上的固定,它是通过 什么方法加强牢固程度的?能否只用壁挂式方法固 定,为什么? 分体式空调器的室外机 自身重力比较大,在户外固 定一般采用铁架支撑的方式 。若采用壁挂的方式,打入 墙体的膨胀螺钉的强度和墙 体的强度都不足以承受室外 机的重力,最后出现断裂以 至于脱落。

三、结构与功能 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

3

结构与功能

结构不仅是事物存在的一种形式,而且对事物的 功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导致功能 的变化。

一种人力驱动的冰上自行车,有车架、踏板曲柄、链 轮、前转向轴及后轴。其特点是∶在前转向轴的一端处装 有一只前冰刀,在后轴的两端对称地刚性联接两个倾斜的 盘状冰刀,从而形成一种三点支撑的可在冰面上前进、倒

退、前后滑行及刹车的冰上自行车。

残疾人专用电动车

小结
一、结构的稳定性 影响结构稳定性的三个因素:重心 位置、支撑面积的大小和结构的形状 二、结构的强度 影响结构强度的三因素:结构的 形状、结构的材料、结构构件之间的连 接方式 三、结构与功能


相关文章:
高中通用技术《技术与设计1》全套教案_图文
高中通用技术《技术与设计1》全套教案_其它课程_高中教育_教育专区。第一章:走进技术世界 一、技术的价值 (一)教材内容分析 “技术的价值”是苏教版通用技术教材...
高中通用技术考点
高中通用技术考点_其它课程_高中教育_教育专区。高考通用技术考点 一、 技术与设计的关系 1.设计的内涵:b 设计是基于一定设想的、有目的的规划及创造活动。(例:...
高中通用技术会考复习-重要知识点
高中通用技术会考复习-重要知识点_高考_高中教育_教育专区。高中通用技术会考知识集锦 . `1 ---* 第二单元 技术世界中的设计一、技术与设计的关系 1.设计的...
【终极完整】高中通用技术学业水平考试知识点汇总
【终极完整】高中通用技术学业水平考试知识点汇总_其它课程_高中教育_教育专区。地质出版社通用技术知识点串讲 专题一 对技术的认识基本要求 1.了解技术的发展史,...
高中通用技术必修一,二知识点汇总
251798067 高中通用技术会考知识点总结 班级 姓名 第一单元 走进技术世界一、 技术的价值 1、技术对人类的价值: a 技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行...
浙江省高中通用技术知识点汇总
浙江省高中通用技术知识点汇总_高考_高中教育_教育专区。通用技术复习资料 第一单元 走进技术世界 ③技术是设计的平台,没有技术作基础,设计将难以表现和实现。(例:...
高中通用技术必修1知识点
高中通用技术必修1知识点_其它课程_高中教育_教育专区。高中通用技术必修 1 第一章---走进技术世界 技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造和利用。...
高中通用技术学业水平考试复习知识点
高中通用技术学业水平考试复习知识点_其它课程_高中教育_教育专区。应对高中通用技术学业水平考试精简知识点 山西省普通高中会考学科标准——通用技术第一单元 走进技术...
高中通用技术会考知识点总结
高中通用技术会考知识点总结 第一单元一、 技术的价值 1、技术对人类的价值: a 走进技术世界 技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造。它具有保护人...
高中通用技术会考、高考知识点总结与归纳整理(知识主干)
高中通用技术会考、高考知识点总结与归纳整理(知识主干)_政史地_高中教育_教育专区。高中通用技术会考、高考知识点总结与归纳整理(知识主干) ...
更多相关标签: