从斜立几百年不倒的比萨斜塔中得到启示 , 我们做了一个实验
在意大利的比萨城北边的奇迹广场上
有一组宗教建筑
比萨城的大教堂就座落在此

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但是其中最著名的不是比萨大教堂
而是教堂的独立钟楼
这个钟楼有一个闻名于世界的名字
比萨斜塔
比萨斜塔在修建五六年后
被发现塔身从三层开始倾斜
直到完工还在不断地倾斜

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到如今已经几百年过去了
比萨斜塔每一年都变得更加倾斜
但是一直屹立不倒
成为意大利的标志性建筑

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今天晨晨爸爸要做一个
在桌子上斜立易拉罐的实验

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一起看看怎么做的吧
—斜立的易拉罐—
空易拉罐 1个
清水 1杯
第一步
向易拉罐内倒入60ml水
(约为易拉罐容量的五分之一)

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第二步
将易拉罐微微倾斜
找到平衡点

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和我们之前做过的很多支撑实验一样
这是一个关于重心的实验
规则圆柱体的重心在它的中心位置
易拉罐倾斜时
当我们向易拉罐中加入一定量的水
整个易拉罐的重心下移
并且因为水是流动的
我们会比较容易的让易拉罐的重心
落在易拉罐和桌面的支撑点上
这样就能保持易拉罐不倒了

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通过实验我们能够总结出
一些保持物体稳定的知识
1:如果是规则的物体
他的重心在这个物体的几何中心
2:物体的重心刚好竖直的落在物体的支撑点上
物体就能稳定
3:降低重心 , 有利于物体的稳定

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1、受力分析
如下图 。斜塔受重力 , 以及地面的约束力 。斜塔的地基是插入地面的 , 周围土壤对地基有四面八方的约束力 , 如红色部分 。这些四面八方的力 , 可以等效为水平方向和竖直方向力的分量 , 以及一个力矩 。

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2、倒塌分析
从力学上来讲 , 只要固定端(即插入地面端)的约束力足够 , 即使斜塔90°也不会倒下来 。力学上 , 水平状态的 , 我们叫它悬臂梁 。假设斜塔90° , 就类似于悬臂梁 。
3、倒塌与否于重心投影点位置无关
正如前面所说 , 只要约束力足够 , 斜塔自身强度足够 , 斜塔成水平 , 也不会倒 。那么斜塔倒塌到底取决于什么?
取决于固定端约束力!也就是地基周围的土壤对地基的作用力 。地基越深 , 作用力越大 , 也就越不容易倒 。如果地基深度给定 , 那么就取决于土壤的性质 。显然沙土更加容易倒 。把土壤尽量压实 , 就不容易倒了 。
4、斜塔自身的强度问题
斜塔本身材质决定了斜塔塌不塌 。对于这种一段固定的结构 , 固定端承受着较大的弯矩 。具体表现是一侧受拉 , 一侧受压 。通常材料都是抗压不抗拉 , 所以斜塔受拉的一侧比较容易发生拉伸破坏 。当然 , 当前斜塔并不是很倾斜 , 受拉一侧的应力没有达到材料的承受极限 。
未来 , 假如斜塔继续倾斜 。由于地基深度 , 土壤性质 , 我们无法改变 。只能对斜塔自身进行结构加强 。比如在受拉的一侧 , 加装抗拉的钢铁材料等 。
总结
【比萨斜塔之所以是倾斜的,意大利比萨斜塔为什么是斜的】综上 , 斜塔不倒 , 是因为斜塔固定端的约束力足够大 , 斜塔自身的强度也满足要求 。与重心投影点并无太大关系 。
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