（二）结构的位置稳定性

做中学

影响结构的位置稳定性的因素

【目的】

探究影响结构的位置稳定性的三个因素。

【准备】

尺寸及质量相同的橡皮四块、小木棍（如牙签）若干、木板一块。使用橡皮及小木棍自制四种试验用的支撑结构，如图1.21所示。

a．结构1   b．结构2   c．结构3   d．结构4

图1.21  橡皮支撑结构

【步骤】

1．制作橡皮支撑结构1：将相同长度的小木棍插入橡皮指定位置，三根木棍垂直投影所形成的等边三角形如图1.22所示。

制作橡皮支撑结构2：木棍与橡皮连接位置与橡皮支撑结构1相同，橡皮位于木棍中部。

2．将橡皮支撑结构1与橡皮支撑结构2同向平放在木板上。慢慢抬起木板一端，保证木板另一端不离开桌面，直到有一个橡皮支撑结构翻倒。

图1.22  投影（一）

3．制作橡皮支撑结构3：三根木棍垂直投影所形成的等边三角形的面积小于橡皮支撑结构1，如图1.23所示。

a．结构1投影    b．结构3投影

图1.23  投影（二）

4．将橡皮支撑结构1与橡皮支撑结构3同向平放在木板上，操作同步骤2。

5．制作橡皮支撑结构4：四根木棍与橡皮连接，木棍垂直投影所形成的正方形面积与橡皮支撑结构1投影面积相等，如图1.24所示（与橡皮相比，木棍的质量可忽略不计，因此不考虑结构4中增加一根木棍的质量）。

a．结构1投影    b．结构4投影

图1.24  投影（三）

6．将橡皮支撑结构1与橡皮支撑结构4同向平放在木板上，操作同步骤2。

7．观察试验现象并记录，分析试验所用到的橡皮支撑结构的相同点和不同点。小组讨论分析，形成试验报告。

【思考】

1．出现上述试验现象的原因是什么？

2．哪些因素影响了结构的位置稳定性？

影响结构位置稳定性的因素较多，其中主要有支撑面的大小、形状和重心的位置。

1．支撑面的大小和形状

我们把结构与地面接触的几个点连接所形成的面称为支撑面。支撑面越大结构就越稳定。例如，雄伟的金字塔、高耸的烟囱等，通常是上端小、下端大（图1.25）。

图1.25  高大建筑物

结构的稳定性还与支撑面的形状有很大关系。常见的物体支撑面的形状大都是三角形、四边形和圆形（图1.26）。它们的共同特点是在支撑位分布的比较均匀。

图1.26  常见物体的支撑面

前面提到的自行车之所以容易被风刮倒，是因为它的三角形支撑面偏狭长，一遇到横向大风就很容易被吹倒（图1.27）。

图1.27  自行车的支撑面

2．重心的位置

结构的重心位置分为两种情况：一种是重心在竖直方向上的高低，一种是重心在水平方向上的偏移。

重心越高的结构稳定性越差。例如，人们在登上高梯时，往往需要地面有人帮助将梯子扶稳。三角形支撑面对于一个稳定结构来说，重心投影一般在结构支撑面的中间，不能超出结构支撑面的范围，否则就有倾倒的危险。

探究与交流

某家庭买了个五屉柜，这个家庭的三岁孩子在无人看护的情况下独自爬进了柜子的抽屉中玩耍。五屉柜在孩子玩耍过程中突然倾倒，将这个孩子砸伤。想一想：为什么会发生这种情况？怎样才能避免这种情况的发生？

实践与体验

不倒翁的制作

不倒翁是深受孩子们喜欢的传统玩具，上轻下重，底部为半球形，扳倒后能自己起来。

任务一：参考图1.28制作一个个性化的不倒翁。

图1.28  不倒翁图        1.29  不倒翁受力情况

任务二：参考图1.29回答下列问题（表1.2）。

表1.2   不倒翁思考题