阿基米德杠杆原理

分类

科普中国-科学原理一点通 2019-04-16 作者:余木

  “给我一个支点,我就能撬动地球。”这句话出自阿基米德,它很好地体现了杠杆原理。那么什么是杠杆原理?杠杆原理在我们日常生活中又有哪些应用呢?

  我们将一根在力的作用下,能够绕固定点转动的硬棒称为杠杆。构成杠杆的五大要素有支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂,其中支点指的是杠杆围绕转动的点,通常用字母“O”表示;动力是使杠杆转动的作用力,用F1表示;阻力指的是阻碍杠杆转动的作用力,用F2表示;动力臂指的是自支点至动力作用线的距离,用L1表示;阻力臂指的是自支点至阻力作用线的距离,用L2表示。

  阿基米德杠杆原理 

  杠杆原理也被称作“杠杆平衡条件”。要实现杠杆平衡,作用于杠杆上的两个力矩大小应当相同,也就是:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1·L1=F2·L2。从上式可看出,欲使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。同时,从杠杆定律中也可以看出,人们如果想用小于阻力的力挪动重物,动力臂的距离应大于阻力臂的距离,从理论上讲,动力臂越长,动力越小,即越省力。

  阿基米德杠杆原理 

  杠杆原理在我们日常生活以及工作中被广泛应用。杠杆可以分为三种,有省力杠杆和费力杠杆,以及等臂杠杆。当F1<F2,L1>L2时,杠杆成为省力杠杆。我们常用到的工具类似起子、扳手、撬棒等都属于省力杠杆。“四两拨千斤”的俗语其实就是对省力杠杆的极致描述。

  当F1>F2,L1<L2时,此时的杠杆被称为费力杠杆。可能听到费力杠杆的名字,我们的第一反应会是:怎么会有工具是为了费力而被发明出来的呢?但其实,我们每天用的筷子,以及带给我们很大方便的镊子、鱼竿等等都是费力杠杆。费力杠杆虽然费力,但是动力移动距离比阻力移动距离小,省了距离。

  阿基米德杠杆原理 

  当F1=F2,L1=L2时,此时的杠杆是等臂杠杆。最著名的当属天平,以及我们小时候很喜欢玩的跷跷板。

  由此可见,杠杆的应用虽然可以实现省力或者能够节省距离,但两者正如鱼与熊掌,不可兼得。阿基米德杠杆定律的发现,虽然只是物理学浩瀚星海中一个很小的部分,但是却给人类生活带来了极大的便利,很大程度上改变了我们的生活。

  本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创,转载时务请注明出处。