物理选修 物体的平衡.ppt

1、你知道建筑工人可以用什么方法判断大楼是否竖直呢？,物体的平衡问题: 稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡。 物体稍微偏离平衡位置，如果重心升高，就是稳定平衡； 如果重心降低，就是不稳定平衡； 如果重心的位置不变，就是随遇平衡。,从物理学的角度来看，重心的位置和物体的平衡之间有着密切联系：（1）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。（2）物体的重心位置越低，物体的稳定程度越高。,类型1:不倒瓮为什么不倒?,探究：结合右侧两幅图片研究一下合力一定时分力大小与夹角的关系，并判断小孩所采用方法的可行性。,结论：当合力一定时，两个分力间的夹角越大，分力也就越大,现代桥

2、梁通常分为 梁式桥、拱式桥、斜拉桥及悬索桥四类。 近年来，中学教材和教辅资料中出现了一些相关内容和习题，从技术应用的角度展示了物理学与社会生活的联系，体现了物理与技术的结合，培养了学生观察、探究身边物理现象的兴趣和能力。,一、梁式桥 梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。 按主梁的静力图示，梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和伸臂梁桥三类。,析 当物体压在该桥梁上时，桥墩内侧桥板的上表面受的是压力，下表面受的是拉力。桥墩外侧桥板上表面受的是拉力，下表面受的是压力。为了使钢筋受到的都是拉力，所以应当按图1(a)所示的方式放置钢筋。 点评 题的关键是体会桥梁各部分承受的是压力还是拉力。,拱

3、式桥 拱式桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。我国古代能工巧匠建造出许多结构精美的拱桥，如赵州桥等，堪称早期拱形桥的经典。目前世界最大的钢拱桥为上海卢浦大桥，主跨为550 m。已建成的较大跨度的拱桥还有重庆万州长江大桥(混凝土拱桥，主跨达420 m)及湖南凤凰乌巢河石拱桥(主跨达120m)。,根据力的分解原理，拱形梁在A处的受力方向应为切向 (如图2所示中补画的箭头所示)。其优点是：梁身所受 的力通过切向传递，最终将受力传递给桥墩，同时形 成较大的跨度空间。,悬索桥 是以承受拉力的钢索或链索(均称为主索)作为主 要承重构件的桥梁。它由主索、索塔、锚碇、吊 索(或吊杆

4、)、桥面等部分组成，基本示意图如图5 所示。主索主要承受拉力，一般用抗拉强度高的 钢材制作，可以充分利用材料的强度，且具有用 料省、自重轻等特点，因而在各类桥梁中跨越能 力最大(跨径可达到1000 m以上)。悬索桥的主要 缺点是刚度小。,中国江阴长江大桥 江阴长江大桥位于中国江苏江阴市与靖江市之间，是规划的沿海南北主干线跨越长江的位置。桥型方案为中跨1386m的大跨径悬索桥。它是中国的第一座跨经超千米的桥梁，全桥总长近3km。该桥桥面布置为高速公路标准的双向6车道，设中央分隔带和紧急停车带，在主桥跨江部分的两侧各设1.5m宽的人行道。主跨桥道梁采用带风嘴的扁钢箱梁结构，箱高3m，总宽37.7m

5、。一对缆索的垂跨比为1/10.5，由5镀锌高强钢丝组成，采用平行钢丝束法架设。桥下通航净高50m。桥塔高182.39m，为门式钢筋混凝土结构。江阴长江公路大桥是我国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥梁，也是20世纪“中国第一、世界第四”大钢箱梁悬索桥，是国家公路主骨架中 同江至三亚国道主干线以及 北京至上海国道主干线的跨 江“咽喉”工程，是江苏省境 内跨越长江南北的第二座大桥。,例 l999年lO月，我国第一座跨度超千米的特大悬索桥在江阴正式通车。该桥主跨为1385 m，桥全长3071 m，桥下通航高度为50m，两岸的桥塔高196 m。横跨长江南北两岸的两根主缆绕过桥塔顶鞍座，由南北锚碇固定，

6、整个桥面和主缆的4.8万吨重量都悬在这两根主缆上。为计算方便起见，其整体结构可简化为如图6所示，每根主缆的张力约为( ) A24万吨 B6万吨 C12万吨 D24万吨,大桥受整个桥面和主缆的总重力以及四段钢索的拉力，这些力的合力为零，设总 重力为G(4.8108N)，四段钢缆每段拉力均为F， 解得F5.8108N。故选择选 项B。 点评 实际悬索桥计算甚为复杂，本题作此简化，学生就可以根据中学物理知识 进行估算了。,优 点 相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比

7、较急的水流上建造。 悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。 缺 点 悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断 悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。 悬索桥的塔架对地面施加非常 大的力，因此假如地面本身比 较软的话，塔架的地基必须非 常大和相当昂贵。,3结构分析 悬索桥中最大的力是 悬索中的张力和塔架 中的压力。由于塔架 基本上不受侧向的力， 它的结构可以做得相 当纤细，此外悬索对 塔架还有一定的稳定 作用。假如在计算时 忽视悬索的重量的话， 那么悬索形成一个双曲线。这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。 1、受力原理 自锚式悬索桥的上部结构包

8、括：主梁、主缆、吊杆、主塔四部分。传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。由于悬索桥水平力的大小与主缆的矢跨比（注1）有关，所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小，一般来讲，跨度较大时，可以适当增加其矢跨比，以减小主梁内的压力，跨度较小时，可以适当减小其矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。由于主缆在塔顶锚固，为了尽量减少主塔承受的水平力，必须保证边跨主缆内的水平力与中跨主缆产生的水平力基本相等，这可以通过合理的跨径比来调节，也可以通过改变主缆的线形来调节。 另外，自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需

9、要由主梁来承受，所以主梁必须有一定的抗弯刚度，主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。,美国金门大桥 金门大桥（Golden Gate Bridge）跨美国旧金山海湾的公路悬索桥。该桥建成于1937年，主跨1280.2m，钢桁加劲梁，在同类桥梁中称冠世界27年。1987年旧金山7级地震，该桥无损害，也就安然地度过了她非同寻常的50岁生日。金门桥耗资达三百万美元，是世界上最大的单孔吊桥之一，金门桥长达2780米，从海面到桥中心部的高度约为67米。桥两端有两座高达227米的塔。金门桥桔黄色的桥梁两端矗立着钢柱，用粗钢索相连，钢索中点下垂，几乎接近桥身，钢索和桥身 用一根根细钢绳连接起

10、来。整座金门桥显得朴 素无华而又雄伟壮观。 为了纪念设计者工程师 史特劳斯，人们把他的铜像 安放在桥畔。金门桥落成当 天，有20万人兴高采烈地走 过大桥来庆祝这个日子。今 天金门桥是世界上最繁忙的 桥梁之一，每天都约有10万辆 汽车从桥上隆隆驶过。,斜拉桥 它由主梁、斜拉紧主梁的钢索以及支承钢索的索塔等部分组成。斜拉桥的钢索拉成直线，与索塔、桥面(主梁)构成稳定的三角形结构；与具有多个桥墩的连续梁桥对照，一根(对)斜拉索就是代替一个桥墩的(弹性)支点，故主梁同弹性支承上的连续梁性能相似，其刚度比悬索桥大，而主梁跨径一般介于梁式桥与悬索桥之间。 目前世界上最大的 斜拉桥主跨达890 m。 我国已位居世界前列 的钢结构与混合结构 的斜拉桥有南京长江