第二節 穩固結構的探析

b、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？

生：思考回答

師：分析，因為三角支架與地面有三個接觸點，形成的三角形結構使照相機的支撐架更容易穩定。

師：通過上面的分析，我們知道，結構的穩定性與它的幾何形狀有關。

補充（三角形穩定性的應用）：建筑中廣泛運用了三角形的穩定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構成的；鋼架結構的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節省了材料，減輕了結構的質量，又有效地加強了結構的強度和穩定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結構中都被普遍地采用。

[案例分析]：靜止狀態的單車如何保持穩定（課本：p14）

（1）雙腿支撐

（2）單腿支撐

探究

1.調整單腳支撐位置，研究何時最易倒下，何時最平衡？自行車騎起來時，只有兩個支撐點，為什么不會倒下呢？

[試驗 ]：學生騎自行車

[教師講述]：在靜止情況下，自行車本身不能自我平衡，需要加一支撐腳。當由騎車人和自行車構成一個 系統時，系統動起來之后，騎車人為系統注入動力，從而在自行車前進的時候，通過人的不斷調節，自行車和騎車人與地面垂直，使自行車的重心落在車輪與地面接觸的面積內。因此，在沒有明顯的外力干涉時，這一動態系統能夠表現出一種穩定。

2.走鋼絲的人為什么要拿一條長棒？

注意:運動狀態下與靜止狀態下物體的穩定條件有所不同。

這個謎，直到本世紀八十年代初才解開。一位美國的物理系研究生，通過電腦進行復雜的運算，終于從理論上解決了。問題就出在旋轉速度和摩擦上了。陀螺在旋轉起來時，支持點周圍也不免與支持面（桌面）產生摩擦，而這種旋轉的物體總是使運動趨向于摩擦更小的狀態。當陀螺搖搖晃晃地立起來，終于使一個尖端著地時，就逐漸達到了支持點面積最小，穩定旋轉的狀態，水平的能量轉化成為繞對稱軸旋轉的動作。當然，由于摩擦，它的轉速又會慢慢減小。然后開始搖晃，最后，倒下來，因為這時它要趨向重心更低，更穩定的狀態。(陀螺效應：凡是高速旋轉的物體，都有一種使轉動軸保持不變的能力，這種能力使得陀螺即使在不平的支持面上轉動也不會倒下。教師演示滾動的硬幣不倒，轉動的陀螺不倒的演示試驗。所以一旦自行車運動起來后，轉動的車輪也具備這種能力，這種能力使得自行車即使發生了傾斜，也能自動地把自行車調整過來，這就是自行車不倒的原因。)

馬上行動：摩托車的支撐架（課本：p14）

[教師總結]：運動狀態下與靜止狀態下物體的穩定條件有所不同。結構的穩定性在日常生活中有著廣泛的應用，一方面人們利用穩定的結構抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩定的結構實現某些功能。

拓展：不穩定的結構應用 

學生舉例：如移動門、折疊椅等等。

1.倒置的啤酒瓶可以預報地震。

2.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。  

 [學生快速閱讀案例]： 

 　　虎丘是蘇州兩千五百倉桑的見證。高高聳立在山頂的虎丘塔已經成了蘇州的標志。 

　　虎丘斜塔日益著名，并且因為它和吳王墓撲朔迷離的關系令科學家和游客興致倍增。