[科普中國(guó)]-阿基米德杠桿原理

“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬動(dòng)地球。”這句話出自阿基米德，它很好地體現(xiàn)了杠桿原理。那么什么是杠桿原理？杠桿原理在我們?nèi)粘Ｉ钪杏钟心男?yīng)用呢？

我們將一根在力的作用下，能夠繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒稱為杠桿。構(gòu)成杠桿的五大要素有支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂，其中支點(diǎn)指的是杠桿圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，通常用字母“O”表示；動(dòng)力是使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力，用F1表示；阻力指的是阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力，用F2表示；動(dòng)力臂指的是自支點(diǎn)至動(dòng)力作用線的距離，用L1表示；阻力臂指的是自支點(diǎn)至阻力作用線的距離，用L2表示。

杠桿原理也被稱作“杠桿平衡條件”。要實(shí)現(xiàn)杠桿平衡，作用于杠桿上的兩個(gè)力矩大小應(yīng)當(dāng)相同，也就是：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，用代數(shù)式表示為F1·L1=F2·L2。從上式可看出，欲使杠桿達(dá)到平衡，動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力就是阻力的幾分之一。同時(shí)，從杠桿定律中也可以看出，人們?nèi)绻胗眯∮谧枇Φ牧ε矂?dòng)重物，動(dòng)力臂的距離應(yīng)大于阻力臂的距離，從理論上講，動(dòng)力臂越長(zhǎng)，動(dòng)力越小，即越省力。

杠桿原理在我們?nèi)粘Ｉ钜约肮ぷ髦斜粡V泛應(yīng)用。杠桿可以分為三種，有省力杠桿和費(fèi)力杠桿，以及等臂杠桿。當(dāng)F1＜F2，L1＞L2時(shí)，杠桿成為省力杠桿。我們常用到的工具類似起子、扳手、撬棒等都屬于省力杠桿?！八膬蓳芮Ы铩钡乃渍Z其實(shí)就是對(duì)省力杠桿的極致描述。

當(dāng)F1＞F2，L1＜L2時(shí)，此時(shí)的杠桿被稱為費(fèi)力杠桿。可能聽到費(fèi)力杠桿的名字，我們的第一反應(yīng)會(huì)是：怎么會(huì)有工具是為了費(fèi)力而被發(fā)明出來的呢？但其實(shí)，我們每天用的筷子，以及帶給我們很大方便的鑷子、魚竿等等都是費(fèi)力杠桿。費(fèi)力杠桿雖然費(fèi)力，但是動(dòng)力移動(dòng)距離比阻力移動(dòng)距離小，省了距離。

當(dāng)F1=F2，L1=L2時(shí)，此時(shí)的杠桿是等臂杠桿。最著名的當(dāng)屬天平，以及我們小時(shí)候很喜歡玩的蹺蹺板。

由此可見，杠桿的應(yīng)用雖然可以實(shí)現(xiàn)省力或者能夠節(jié)省距離，但兩者正如魚與熊掌，不可兼得。阿基米德杠桿定律的發(fā)現(xiàn)，雖然只是物理學(xué)浩瀚星海中一個(gè)很小的部分，但是卻給人類生活帶來了極大的便利，很大程度上改變了我們的生活。

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