杠杆原理资料介绍 杠杆原理是谁发明的

2015-10-08 22:04  来源:www.lieqie001.com  编辑:admin  已有()人围观
导读: 杠杆又分费力杠杆和省力杠杆,杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,.........

杠杆原理资料介绍


杠杆又分费力杠杆和省力杠杆,杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力矩(力与力臂的乘积)大小必须相等。即:动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1· L1=F2·L2。式中,F1表示动力,L1表示动力臂,F2表示阻力,L2表示阻力臂。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。


杠杆原理资料介绍 杠杆原理是谁发明的

杠杆原理


原理提出


古希腊科学家阿基米德有这样一句流传很久的名言:“给我一个支点,我就能撬起整个地球!”,这句话便是说杠杆原理。

阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作“不证自明的公理”,然后从这些公理出发,运用几何学通过严密的逻辑论证,得出了杠杆原理。

这些公理是:

(1)在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上相等的重量,它们将平衡;

(2)在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上不相等的重量,重的一端将下倾;

(3)在无重量的杆的两端离支点不相等距离处挂上相等重量,距离远的一端将下 倾;

(4)一个重物的作用可以用几个均匀分布的重物的作用来代替,只要重心的位置保持不变。相反,几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它们的重心处的重物来代替

(5)相似图形的重心以相似的方式分布……

正是从这些公理出发,在“重心”理论的基础上,阿基米德发现了杠杆原理,即“二重物平衡时,它们离支点的距离与重量成反比。”阿基米德对杠杆的研究不仅仅停留在理论方面,而且据此原理还进行了一系列的发明创造。据说,他曾经借助杠杆和滑轮组,使停放在沙滩上的船只顺利下水,在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中,阿基米德利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器,利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人,曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。

这里还要顺便提及的是,在中国历史上也早有关于杠杆的记载。战国时代的墨子曾经总结过这方面的规律,在《墨经》中就有两条专门记载杠杆原理的。这两条对杠杆的平衡说得很全面。里面有等臂的,有不等臂的;有改变两端重量使它偏动的,也有改变两臂长度使它偏动的。这样的记载,在世界物理学史上也是非常有价值的。


概念分析


在使用杠杆时,为了省力,就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆;如果想要省距离,就应该用动力臂比阻力臂短的杠杆。因此使用杠杆可以省力,也可以省距离。但是,要想省力,就必须多移动距离;要想少移动距离,就必须多费些力。要想又省力而又少移动距离,是不可能实现的。

杠杆的支点不一定要在中间,满足下列三个点的系统,基本上就是杠杆:支点、施力点、受力点。

其中公式这样写:动力×动力臂=阻力×阻力臂,即F1×L1=F2×L2这样就是一个杠杆。

杠杆也有省力杠杆跟费力的杠杆,两者皆有但是功能表现不同。例如有一种用脚踩的打气机,或是用手压的榨汁机,就是省力杠杆 (动力臂 > 阻力臂);但是我们要压下较大的距离,受力端只有较小的动作。另外有一种费力的杠杆。例如路边的吊车,钓东西的钩子在整个杆的尖端,尾端是支点、中间是油压机 (力矩 > 力臂),这就是费力的杠杆,但费力换来的就是中间的施力点只要动小距离,尖端的挂勾就会移动相当大的距离。

两种杠杆都有用处,只是要用的地方要去评估是要省力或是省下动作范围。另外有种东西叫做轮轴,也可以当作是一种杠杆的应用,不过表现尚可能有时要加上转动的计算。

古希腊科学家阿基米德有这样一句流传千古的名言:"假如给我一个支点,就能撬起地球"这句话不仅是催人奋进的警句,更是有着严格的科学根据的。


杠杆平衡


杠杆平衡是指杠杆处于静止状态下或者匀速转动的状态下。

动力×支点到动力作用线的距离=阻力×支点到阻力作用线的距离

即动力×动力臂=阻力×阻力臂

即F1×L1=F2×L2


杠杆分类


杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆,没有任何一种杠杆既省距离又省力,这几类杠杆有如下特征:


省力杠杆


L1>L2,F1<F2,省力、费距离。

如拔钉子用的羊角锤、铡刀,开瓶器,轧刀,动滑轮,手推车 剪铁皮的剪刀及剪钢筋用的剪刀等。


费力杠杆


L1<L2,F1>F2,费力、省距离。

如钓鱼竿、镊子,筷子,船桨裁缝用的剪刀 理发师用的剪刀等。


等臂杠杆


L1=L2,F1=F2,既不省力也不费力,又不多移动距离,

如天平、定滑轮等。


人体杠杆


几乎每一台机器中都少不了杠杆,就是在人体中也有许许多多的杠杆在起作用。拿起一件东西,弯一下腰,甚至翘一下脚尖都是人体的杠杆在起作用,了解了人体的杠杆不仅可以增长物理知识,还能学会许多生理知识。

其中,大部分为费力杠杆,也有小部分是等臂和省力杠杆。

点一下头或抬一下头是靠杠杆的作用,杠杆的支点在脊柱之顶,支点前后各有肌肉,头颅的重量是阻力。支点前后的肌肉配合起来,有的收缩有的拉长配合起来形成低头仰头,从图里可以看出来低头比仰头要省力。

当曲肘把重物举起来的时候,手臂也是一个杠杆。肘关节是支点,支点左右都有肌肉。这是一种费力杠杆,举起一份的重量,肌肉要花费6倍以上的力气,虽然费力,但是可以省一定距离。

当你把脚尖翘起来的时候,是脚跟后面的肌肉在起作用,脚尖是支点,体重落在两者之间。这是一个省力杠杆,肌肉的拉力比体重要小。而且脚越长越省力。

如果你弯一下腰,肌肉就要付出接近1200牛顿的拉力。这是 由于在腰部肌肉和脊骨之间形成的杠杆也是一个费力杠杆。所以在弯腰提起立物时,正确的姿式是尽量使重物离身体近一 些。以避免肌肉被拉伤。


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