在力的作用下如果能繞著壹固定點轉動的物體就叫杠桿。在生活中根據需要,杠桿可以做成直的,也可以做成彎的,但必須是物體。 阿基米德在《論平面圖形的平衡》壹書中最早提出了杠桿原理。他首先把杠桿實際應用中的壹些經驗知識當作"不證自明的公理",然後從這些公理出發,運用幾何學通過嚴密的邏輯論證,得出了杠桿原理。這些公理是:(1)在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上相等的重量,它們將平衡;(2)在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上不相等的重量,重的壹端將下傾;(3)在無重量的桿的兩端離支點不相等距離處掛上相等重量,距離遠的壹端將下傾;(4)壹個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替,只要重心的位置保持不變。相反,幾個均勻分布的重物可以用壹個懸掛在它們的重心處的重物來代替;似圖形的重心以相似的方式分布……正是從這些公理出發,在"重心"理論的基礎上,阿基米德又發現了杠桿原理,即"二重物平衡時,它們離支點的距離與重量成反比。" 阿基米德對杠桿的研究不僅僅停留在理論方面,而且據此原理還進了壹系列的發明創造。據說,他曾經借助杠桿和滑輪組,使停放在沙灘上的桅船順利下水。在保衛敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰鬥中,阿基米德利用杠桿原理制造了遠、近距離的投石器,利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人,曾把羅馬人阻於敘拉古城外達3年之久。 這裏還要順便提及的是,在我國歷史上也早有關於杠桿的記載。戰國時代的墨家曾經總結過這方面的規律,在《墨經》中就有兩條專門記載杠桿原理的。這兩條對杠桿的平衡說得很全面。裏面有等臂的,有不等臂的;有改變兩端重量使它偏動的,也有改變兩臂長度使它偏動的。這樣的記載,在世界物理學史上也是非常有價值的。
杠桿定義
杠桿是壹種簡單機械。 在力的作用下能繞著固定點轉動的物體就是杠桿(lever). 杠桿不壹定是直的,也可以是彎曲的,但是必須保證 物理書中的杠桿
是物體。 蹺蹺板、剪刀、扳子、撬棒等,都是杠桿。 滑輪是壹種變形的杠桿,定滑輪的本質是等臂杠桿,動滑輪的本質是動力臂是阻力臂的兩倍的杠桿。
杠桿組成
人們通常把在力的作用下繞固定點轉動的物體叫做杠桿。 組成:支點、壹件物體 支點:杠桿繞著轉動的固定點叫做支點。
杠桿繞著轉動的固定點叫做支點 使杠桿轉動的力叫做動力,(施力的點叫動力作用點) 阻礙杠桿轉動的力叫做阻力,(施力的點叫阻力作用點) 當動力和阻力對杠桿的轉動效果相互抵消時,杠桿將處於平衡狀態,這種狀態叫做杠桿平衡,但是杠桿平衡並不是力的平衡。 註意:在分析杠桿平衡問題時,不能僅僅以力的大小來判斷,壹定要從基本知識考慮,做到解決問題有根有據,切忌憑主觀感覺來解題。 杠桿靜止不動或勻速轉動都叫做杠桿平衡。 定滑輪和動滑輪
通過力的作用點沿力的方向的直線叫做力的作用線 從支點O到動力F1的作用線的垂直距離L1叫做動力臂 從支點O到阻力F2的作用線的垂直距離L2叫做阻力臂 杠桿平衡的條件(文字表達式): 動力×動力臂=阻力×阻力臂 公式: F1×L1=F2×L2 壹根硬棒能成為杠桿,不僅要有力的作用,而且必須能繞某固定點轉動,缺少任何壹個條件,硬棒就不能成為杠桿,例如酒瓶起子在沒有使用時,就不能稱為杠桿。 動力和阻力是相對的,不論是動力還是阻力,受力物體都是杠桿,作用於杠桿的物體都是施力物體 力臂的關鍵性概念:1:垂直距離,千萬不能理解為支點到力的作用點的長度。 2:力臂不壹定在杠桿上。 力臂三要素:大括號(或用|→←|表示)、字母、垂直符號
平衡條件
使用杠桿時,如果杠桿靜止不動或繞支點勻速轉動,那麽杠桿就處於平衡狀態。 動力臂×動力=阻力臂×阻力,即L1×F1=L2×F2,由此可以演變為F2/F1=L1/L2 杠桿的平衡不僅與動力和阻力有關,還與力的作用點及力的作用方向有關。 假如動力臂為阻力臂的n倍,則動力大小為阻力的1/n 杠桿原理
"大頭沈" 動力臂越長越省力,阻力臂越長越費力. 省力杠桿費距離;費力杠桿省距離。 等臂杠桿既不省力,也不費力。可以用它來稱量。例如:天平 許多情況下,杠桿是傾斜靜止的,這是因為杠桿受到幾個平衡力的作用。
杠桿的分類
壹類:支點在動力點和阻力點的中間。稱為第壹類杠桿。既可能省力的,也可能費力的,主要由支點的位置決定,或者說由臂的長度決定。動力臂與阻力臂長度壹致,所以這類杠桿是等臂杠桿。例:蹺蹺板、天平等。 二類:阻力點在動力點和支點中間。稱為第二類杠桿。由於動力臂總是大於阻力臂,所以它是省力杠 滑輪組
桿。例:堅果夾子,門,釘書機,跳水板,扳手,開(啤酒)瓶器,(運水泥、磚的)手推車。 三類:動力點在支點和阻力點之間。稱為第三類杠桿。特點是動力臂比阻力臂短,所以這類杠桿是費力杠桿,然而能夠節省距離。例:鑷子,手臂,魚竿,皮劃艇的槳,下顎,鍬、掃帚、球棍,理發剪刀等以壹手為支點,壹手為動力的器械。 另外,像輪軸這類的工具也屬於壹種變形杠桿。就拿最簡單、相似於第壹類杠桿的定滑輪來介紹,滑輪軸心好比支點,兩端物體的拉力好比杠桿的兩端施力,而如果滑輪是壹個完美的圓,施力臂和阻力臂皆將是圓的半徑。
復式杠桿
復式杠桿(compound lever)是壹組耦合在壹起的杠桿,前壹個杠桿的阻力會緊接地成為後壹個杠桿的動力。幾乎所有的磅秤都會應用到某種復式杠桿機制。其它常見例子包括指甲剪、鋼琴鍵盤。1743年,英國伯明翰發明家約翰·外艾特在設計計重秤時,貢獻出復式杠桿的點子。他設計的計重秤壹***使用了四個杠桿來傳輸負載。
生活中的杠桿
杠桿是壹種簡單機械;壹根硬棒(最好不會彎又非常輕),就能當作壹根杠桿了。上圖中,方形代表重物、圓形代表支持點、箭頭代表用,這樣,妳看出來了吧?在杠桿右 杠桿實驗
邊向下杠桿是等臂杠桿;第二種是重點在中間,動力臂大於阻力臂,是省力杠桿;第三種是力點在中間,動力臂小於阻力臂,是費力杠桿。 費力杠桿例如:理發剪刀、鑷子、釣魚竿……杠桿可能省力可能費力,也可能既不省力也不費力。這要看力點和支點的距離:力點離支點愈遠則愈省力,愈近就愈費力;還要看重點(阻力點)和支點的距離:重點離支點越近則越省力,越遠就越費力;如果重點、力點距離支點壹樣遠,如定滑輪和天平,就不省力也不費力,只是改變了用力的方向。 省力杠桿例如:開瓶器、榨汁器、胡桃鉗……這種杠力點壹定比重點距離支點近,所以永遠是省力的。 如果我們分別用花剪(刀刃比較短)和洋裁剪刀(刀刃比較長)剪紙板時,花剪較省力但是費時;而洋裁剪則費力但是省時。 既省力又省距離的杠桿是沒有的。 杠桿的應用 1.剪較硬物體 要用較大的力才能剪開硬的物體,這說明阻力較大。用動力臂較長、阻力臂較短的剪刀。 2.剪紙或布 用較小的力就能剪開紙或布之類較軟的物體,這說明阻力較小,同時為了加快剪切速度,刀口要比較長。用動力臂較短、阻力臂較長的剪刀。 3.剪樹枝 修剪樹枝時,壹方面樹枝較硬,這就要求剪刀的動力臂要長、阻力臂要短;另壹方面,為了加快修剪速度,剪切整齊,要求剪刀刀口要長。用動力臂較長、阻力臂較短,同時刀口較長的剪刀。