案例分析

静态的自行车是如何保持稳定的

通常，静态的自行车在地面上的支撑方式有双脚支撑和单脚支撑。

双脚支撑的支撑架与地面之间有两个接触点，这两点与前轮和地面的接触点构成三点支撑形式，自行车的重心落在前轮与支撑架构成的支撑面内，它是稳定的。

单脚支撑形式的支撑脚和地面的接触点与前、后轮和地面之间的接触点共同构成三点支撑，在地面形成△ABC。它的稳定程度取决于单脚支撑架的倾斜度，在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车的车身越斜），△ABC的面积越大，自行车的重心容易落在三角形内，稳定性越好。

马上行动

电动自行车或摩托车的另一种常见支撑形式如右图，请分析：

支撑点与地面构成的几何形状                  ；

前、后车轮的受力                            ；

重心位置                                    ；

稳定情况                                    ；

探究

生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果只有两个就会倒下。但是，自行车在骑起来时，却只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？

人们对结构的多元化要求，使得有些结构设计在满足使用功能对稳定性的基本要求的同时，往往还要综合兼顾人的个性化要求、美化因素和材料因素等。

思考

除了重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状外，你认为还有哪些因素影响结构的稳定性？在汽车制造中，利用壳体结构和薄钢板材制造汽车的车体，而不用框架结构或较厚的钢板，原因是什么？

探究

在家具市场，我们可以看到各式各样结构的茶几，如图两种不同结构形式的茶几，它们的稳定状况不同。

在使用图中的两种形状的茶几时，需要注意什么才能使它们保持稳定？

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。如在地震多发地区，人们将啤酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能。

马上行动

请列举生活中利用不稳定的结构实现一定功能的事例。

阅读

比萨斜塔

很多人都知道比萨斜塔。当地人希望这座塔继续保持倾斜，但不倒塌，因为它能吸引众多游客。

比萨斜塔向南倾斜大约5.5º，这意味着斜塔第七层的柱子比第一层要探出大约4.5m。这些年来，由于地基的不稳定性质，塔已经平均下沉了2.8m，塔的北端和南端已分别下沉了1.86m和3.75m。塔的倾斜使建筑底层部分垂直压力产生了危险的集中，塔的拉力已使螺旋型楼梯的台阶和天花板产生了裂缝。

为了提高比萨斜塔的稳定性，人们想出很多方法，其中，一种方法是用定向的力来帮助加固塔的结构，底部600t的铅锭产生的垂直力已使倾斜略微减轻；还有一种方法是将向南倾斜的塔基北侧地基下的沙土挖走，使塔的倾斜度减小。

小试验

试验一

试验目的：探究结构的重心与稳定性的关系。

试验准备：1个玩具不倒翁（也可自制不倒翁：在气球中放置若干玻璃球，将其充气、封口，并在封口处系一装饰物），1根细绳，若干个铁环。

试验过程：1、用手扳动不倒翁的头部，试一试不倒翁不倾倒的最大倾角。2、在不倒翁的脖子上挂一只用细绳穿起的铁环，逐渐增加铁环的个数，直到它翻倒。

试验总结：1、不倒翁的倾倒与在它脖子上挂铁环的方法有没有关系？2、如果是自制的不倒翁，气球中玻璃球的多少与发生倾倒的关系怎样？

试验二

试验目的：探究结构的形状、重心与稳定性的关系。

试验准备：40块小木砖（或积木）。

试验过程：1、使用不同垒法，垒一堵5块砖长、8块砖高的墙。2、在墙的一侧施加相同大小的推力，观察结果。

试验总结：分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的垒法是什么？