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物体重心和稳定性

(2016-08-07 22:59:35)
分类: 机械:结构
1) 个人理解:
a) 以后设计产品不允许振动时,少用槽钢或角铁,尤其高度超过0.5米以上时,还要加筋,增大接触面积。
2) 结构的稳定性:是指结构在荷载的作用下维持其原有的平衡状态的能力
3) 概述:
a) 结构稳定的基本条件:
i. 重心所在点的垂线落在结构底面的范围内
b) 影响结构稳定性的因素:
i. 重心位置高低;
ii. 结构的形状;
iii. 结构与地面接触所形成的支撑面的大小。
c) 注意:运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同
4) 物体的重心位置越低,物体的稳定程度越高
a) 一块水平放置的砖头,不论雨打风吹,总是稳稳地呆在原地。如果把它竖起来,一有风吹草动它就可能翻倒。这是因为砖头平放时,重心很低,接触地面的面积又很大,因此导致它的重心较低,不容易翻倒。其他物体也是这样,如果你到过工厂,会发现许多机器设备的机座都比较大,也很沉,目的就是防止机器翻倒,增加机器的稳定性。往车或船上装货物时,要先把重的东西放在底部。因为这样一来,整个车或船的重心较低,可以保证行驶的安全)
b) 为什么重心越低,稳定程度越高?
i. 平衡分为稳定平衡和不稳定平衡;
ii. 稳定平衡即物体离开平衡位置,会有一个指向平衡位置的力使它回到平衡状态,不倒翁就是,在碗中放一个小球也是,小球一旦离开碗底就会有力使它回到碗底。
iii. 不稳定平衡就是物体稍离开平衡位置,就会产生远离平衡位置的力,使它无法回到平衡状态。在一个大球上放一个小球恰好平衡的状态,鸡蛋直立的状态。
iv. 平衡时,竖直方向一定有一个和重力平衡的力,在物体离开平衡位置的时候,重力产生的作用是使物体离开平衡位置,这样就要缩短重力的力臂来减小重力的力距(平衡必须包含力平衡和力距平衡),以此使平衡稳定。当然也可以这么想,重心高的物体通过重力使它离开平衡位置,为什么呢?为了使重心降低(因为这种情况重力一定做正功),达到更稳定的状态。
5) 结构的稳定性与结构的形状有关
a) 三角形结构:人字梯: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
6) 结构的稳定性与结构和地面接触所形成的支撑面的大小有关:
a) 总支撑面积=各个支撑点连线形成图形面大小,重心投影要落在此面内;
b) 每个支撑点的面积,比如:地脚,和地面接触面积大小;
7) 物体的重心在竖直方向的投影只有落在物体的支撑面内或支撑点上,物体才可能保持平衡(比如:不倒翁,不倒瓮为什么不倒?一方面因为它上轻下重,底部有一个较重的铁块,所以重心很低;另一方面,不倒翁的底面大而圆滑,当它向一边倾斜时,它的重心和桌面的接触点不在同一条铅垂线上,重力作用会使它向另外一边摆动。比如,当不倒翁向左倒时,重心和重力作用线在接触点的右边,在重力作用下,不倒翁就又向右倒。当倒向右边时,重心和重力作用线又跑到接触点左边,迫使不倒翁再向左倒。不倒翁就是这样摆过来,又摆过去,直到因为摩擦和空气阻力,能量逐渐损失,减少到零。重力作用线此时恰好通过接触点,它才不会继续摆动
8) 运动的物体:
a) 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?原因:在静止情况下,自行车靠两轮子本身不能自我平衡,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
b) 硬币的旋转
c) 陀螺

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