影响物体结构稳定性因素的探究 - 图文

温州市高中学生通用技术学科

小论文评比

题 目 影响物体结构稳定性因素的探究

学 校 浙江省瓯海中学

姓 名 庄立约

指导教师 郎建华

联系电话 13819714061

温州市教育教学研究院

影响物体结构稳定性因素的探究

【摘要】在知识学习的过程中，我学习到许多影响物体结构稳定性的因素，如重心高度，支撑面大小，物体结构的形状。那么为什么这些因素对物体结构的稳定性有影响呢，它们又是如何影响稳定性的呢？于是我进行下列探究。在研究的过程中，我发现物体摆放的位置对其稳定性也有一定的影响，于是也对此进行了实验。最终我找到了以上因素的共同点：都与重心的位置有关。

【关键字】 物体结构 稳定性 重心高度 支撑面 形状 位置 【正文】 一、背景与意义

结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列，如自然界中的蜂窝、蜘蛛网、大树等，日常生活中各种建筑物等。而物体结构的稳定性就是指物体结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。物体结构与生活息息相关，因而物体结构的稳定性是十分重要的，大的方面，我们生活的建筑需要稳定的结构，小的方面，我们停放一辆自行车需要稳定的结构。通过这次探究我要找出那些与物体结构稳定性有关的因素，作用于实践，让我们的生活更加美好。 二、提出假设

自行的“第三只脚”增加了其支撑面的面积，电风扇的底座降低了它的重心高度也增加了它支撑面的面积，而它们支撑面的面积都随着形状的改变而改变。

于是提出假设：物体结构的稳定性与支撑面的面积，重心高度，支撑面形状等因素有关。 三、方案选择

探究这些因素之前我需要选择用什么方式来比较结构的稳定性。

方案一：将两个不同的结构分别放在一个斜面旁边，通过斜面上滚下的物块，观察哪种结构先被撞击翻倒，以此作为判断稳定性的依据。

优点：从相同高度滑下的物块动能相同，可以较为准确地比较两物体的稳定性。

缺点：实际操作中，物块到达斜面底撞击结构时，结构会滑动，这样对稳定性的观察便受到了很大的影响。

方案二：将两个结构放在同一块木板上，从一侧将木板缓慢抬起，观察哪种结构先翻到，以

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此作为判断稳定性的依据。

优点：有效的防止打滑带来的影响，在实验中比较结果非常明显。

缺点：在抬起过程中手会发抖，或者抬起的那侧两边高度不同，用力也有所不同，这样结果就不够科学，也就不够具有说服力。

通过对以上两个方案的综合分析，我选择了方案二，希望极其缓慢的抬起，可以使其他因素的影响尽可能减小，结果尽可能可靠。 四、实验器材选择

首先我将较硬的纸张折成各种结构进行研究，发现这些结构在折的过程中有许多形变，凹凸不平，于是我放弃了这种想法。在经过多次筛选之后我选择将一些实物拿来进行实验。 两根长均为一米的内径不相同的水管，一块较薄的木板（用于切割拼搭三棱柱），一块较厚的木板（实验用途），一把量角器（用于测量木板翻起的角度），卷尺（用于测量），一把钢锯（切割薄木板）。

五、研究过程： 1．重心的高度

取一根直径为5cm的水管，锯出分别为25cm和35cm的两段，分别标记为圆柱1和圆柱2 。这样就形成两个形状、支撑面都相同但重心高度不同的结构。

两种材料对比

G A G 图1 重心实验模型图

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理论分析：如图1所示，两物体重心位置处有重力，且始终竖直向下，因为物体均匀，所以重心位置在h/2处的圆的圆心处。底面半径均为r=2.5cm，原先圆柱的高线与重力方向平行，当木板从A侧被缓慢抬起时，圆柱的高线与重力方向不再平行，而是形成了一个夹角，我们 设为α（通过分析可知α即为木板抬起的角度）两圆柱与木板接触面上与A边最远的点变为

2r2r?＞arctan支点，显然当? ? 时为平衡，当 时结构的稳定性便受到破坏。圆arctanhh柱高度小，α的临界值大，所以稳定性越好。

进行实验六次，并测量各结构翻倒时木板倾斜的角度，在表1中记录实验数据如下： 圆柱1 圆柱2 10° 7° 11° 6° 9° 7° 8° 7° 10° 6° 11° 7° 平均值：9.8° 理论角度：11.3° 平均值：6.7° 理论角度：8.1° 表1重心实验数据记录表

结论：相同条件下，重心位置低的结构，稳定性较好。 2．支撑面的大小

将上次实验的圆柱1拿来，取一根较粗的水管，锯出25cm的一段，测得直径11cm，标记为圆柱3，形成两个形状、重心高度都相同但支撑面不同的结构。

图2 支撑面大小实验模型图

理论分析：此时两圆柱的h相同，r不同。与分析重心高度时相同，可以得到物体翻倒仍与临

2r界值 ? = arctan 有关。

h进行实验六次量各结构翻倒时木板倾斜的角度，在表2中记录实验数据如下：

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