机械制造杠杆的作用(小话初中物理——第六章 简单机械)

第六章简单机械

“给我一个支点，我可以撬起整个地球”，这句话很有名。这是谁说的？就是大名鼎鼎的阿基米德老师。他说这句话，是为了形象地描述一下杠杆的作用。杠杆在我们生活中是非常常见的。比如我们开门的时候，门就是杠杆；我们剪指甲的时候，指甲刀是杠杆；当你的手指在屏幕上滑动的时候，手指也是杠杆。那么，什么是杠杆呢？

根据物理书的定义，“一根硬棒，在力的作用下如果能绕着固定点转动，这根硬棒就叫做杠杆。”首先，杠杆是一根硬棒。当然啦，形状方面的要求不是那么绝对，不一定是直的，可以是弯曲的，或者其他任意形状。重点是要硬。在力的作用下它不能变形。然后，需要有一个固定点。这个杠杆可以绕其转动的点就叫做支点。支点可以在杠杆的一端，也可以在中间任何地方。

我们学习啊工作啊，需要有动力。杠杆同学也不例外。动力，就是这个使杠杆转动的力，比如我们开门的时候手要推门或者拉门，手上用的力就是动力；或者，在剪指甲的时候，我们用手指按下指甲刀，这个力也是动力。杠杆转动的时候，会有一个阻碍杠杆转动的力，这个力叫做阻力。

沿着动力的方向，我们画一条直线，这是动力的作用线，从支点到动力的作用线的垂直距离，叫做动力臂。从支点到阻力的作用线的垂直距离呢，就叫做阻力臂。好啦，现在我们看看，动力、阻力、动力臂和阻力臂这几个之间有什么关系。

不过，我们先要定义一下杠杆的平衡。我们之前说过，物体在平衡的力的作用下，会保持静止或者匀速直线运动。那么杠杆的平衡是什么状态呢？就是杠杆静止不转或者匀速转动。需要什么条件，杠杆才能保持平衡状态呢？答案就是：动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。换句话说，动力臂是阻力臂的几倍，那么，想要达到平衡的话，动力就要是阻力的几分之一。比方说，动力臂是阻力臂的两倍，那么在平衡时，动力就是阻力的二分之一。所以说，想省力怎么办？借助动力臂大于阻力臂的杠杆。这种杠杆能让我们用比较小的力来抗衡比较大的力，所以叫省力杠杆。但是你仔细观察一下会发现一个问题，动力臂长的时候，省力确实是省力了。但是你的手抓着杠杆绕了一大圈子，对应的阻力那边也只是划过很小的一段。通俗地说，虽然用的力小，但是这个力走过的距离可是变大了。所以，当我们需要稍微动动手，就想让杠杆另一端移动较大的时候，就需要用到动力臂小于阻力臂的杠杆。这种时候我们需要用较大的力才行。这种杠杆叫做费力杠杆。那么，有没有既能省力，又能省距离的杠杆呢？抱歉，没有。不过，也有比较特殊的杠杆，它的动力臂和阻力臂相等。比如天平就是这样。这种叫做等臂杠杆。

说到这儿啊，你发现没有，像指甲刀这样的杠杆，只能转动一定的角度，不能连着转。那么，如果把杠杆做成能够连续旋转的呢？轮轴就这样诞生了。辘轳这个东西现在很少见了。不过，古装剧里面偶尔还是会出现的。这个东西是什么样子的呢？它一般是固定在水井口，有一个大的轮盘或者是摇把，可以带动一根很粗的轴转动。人们用这个把很沉的水桶从水井里提起来。像这种有轮和轴组成，能绕共同轴线旋转的简单机械，叫做轮轴。小说《射雕英雄传》里面，为了移动压着欧阳克的那块大石头，黄蓉就设计了一个类似的装置。轮轴的实质就是可以旋转的杠杆。轴心可以看做是支点。轮的半径就是动力臂，而轴的半径就是阻力臂。所以，轮半径是轴半径的几倍，作用在轮上的动力就是作用在轴上的阻力的几分之一。汽车的方向盘也是轮轴。

如果我们把轮轴也变变形，把轮的半径缩小到和轴的半径一样，或者说，干脆轮和轴合为一体，变成一个可以绕着固定的轴转动的小轮，我们得到了什么？我们得到了一个定滑轮。因为它的轴是固定不动的，所以这个滑轮叫做定滑轮。定滑轮实质上是一个等臂杠杆。所以它不能省力。但是它能帮我们改变力的方向。

我们再来改变一下。这次呢，我们把绳子的一段固定在高处，绕过一个滑轮后，提着绳子的另一端。滑轮的轴呢，这次我们不再固定它，但是把一个重物挂在这个轴上。现在我们就得到了一个动滑轮。我们提起这个重物的时候，会感觉省力了。当然啦，手往上提一米，那重物只会上升半米。动滑轮实质上是一个动力臂等于两倍阻力臂的省力杠杆。不过，动滑轮只能省一半的力，但是不能改变力的方向。

所以啊，在实际工作中，人们经常把动滑轮和定滑轮组合起来使用，这个叫做滑轮组。使用滑轮组的时候，重物和动滑轮的总重量由几段绳子承担，提起重物所用的力就是总重量的几分之一。不过。以上这些都忽略了滑轮和轴之间的摩擦，实际用的力会偏大的。。