阿基米德曾说,给我一根杠杆我就能撬动整个地球,这是为什么呢?
杠杆又分称费力杠杆、省力杠杆和等臂杠杆,杠杆原理也称为“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,要使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,阻力就是动力的几倍。
战国时代的墨子已经对杠杆有所观察,在《墨子 · 经说下》中说“衡,加重于其一旁,必捶,权重相若也。相衡,则本短标长。两加焉重相若,则标必下,标得权也[1] ”。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。
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。
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。
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。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。”说明杠杆的力量很大。
当使用杠杆时,为了省力,我们应该使用动力臂比阻力臂长的杠杆;如果我们想节省距离,我们应该使用动力臂比阻力臂短的杠杆。因此,使用杠杆可以节省精力和距离。但是,如果你想省力,你必须移动更多的距离;如果你想移动更少的距离,你必须花费更多的精力。
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。
杠杆也有省力杠杆和费力杠杆,两者都有不同的功能。例如,有一种脚踏泵,或者是一种手压榨汁机,它是一种省力的杠杆(动力臂>阻力臂);但是我们必须向下压很长的距离,而力端只有很小的动作。还有一个硬杠杆。例如,对于路边起重机,抓物钩在整个杆的顶端,末端是支点,中间是液压机(扭矩>臂),这是一个费力的杠杆,但费力的交换是,只要中间的施力点移动一小段距离,尖端的钩子会移动相当长的距离。
阿基米德这句话的含义是,通过使用杠杆原理,可以用很小的力量撬动重物。因此,阿基米德的这句话被用来形容在困难面前,只要找到正确的工具或方法,就可以轻松地解决问题。