)杠杆原理
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| 杠杆原理 |
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| 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，使停放在沙滩上的桅般顺利下水，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。
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| 杠杆原理 |
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：支点到受力点距离(力矩)*受力=支点到施力点距离(力臂)*施力，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(力臂>力矩)；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，我就能把地球挪动!"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。
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| 杠杆原理 |
1：省力杠杆：L1>L2，F1
2：费力杠杆：L1＜L2，F1＞F2,费力、省距离，如钓鱼竿、镊子等。
3：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。
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| 杠杆原理 |
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(如右图)。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，肌肉要化费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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| 阿基米德的肖像 |
当罗马统帅马赛拉斯指挥着他那严密整齐的方阵向护城河攻来，方阵两边还预备了铁甲骑兵，方阵内强壮的士兵肩扛着云梯。马赛拉斯在出发前曾口出狂言：“攻破叙拉古，到城里吃午饭去”，在喊杀声中，方阵慢慢向前蠕动。照常规城头上早该放箭了，可今天城墙上却是静悄悄地不见一人。也许是几天来的恶战使叙拉古人筋疲力尽了吧，罗马人正在疑惑，城里隐约传来吱吱呀呀的响声，接着城头上就飞出大大小小的石块，开始时大小如碗如拳一般，以后越来越大，简直有如锅盆，山洪般地倾泻下来。石头落在敌人阵中，士兵们连忙举盾护体，谁知石头又重，速度又急，一下子连盾带人都砸成一团肉泥。罗马人渐渐支持不住了，连滚带爬地逃命。这时叙拉古的城头又射出了密集的利箭，罗马人的背后无盾牌和铁甲抵挡，那利箭直穿背股，哭天喊地，好不凄惨。
阿基米德到底造出了什么秘密武器让罗马人大败而归呢?原来他制造了一些特大的弩弓—发石机。这么大的弓，人是根本拉不动的，他就利用了杠杆原理。只要将弩上转轴的摇柄用力扳动，那与摇柄相连的牛筋又拉紧许多根牛筋组成的粗弓弦，拉到最紧时，再突然一放，弓弦就带动载石装置，把石头高高地抛出城外，可落在1000多米远的地方。原来这杠杆原理并不是简单使用一根直棍撬东西。比如水井上的辘轳吧，它的支点是辘轳的轴心，重臂是辘轳的半径，它的力臂是摇柄，摇柄一定要比辘轳的半径长，打起水来就很省力。阿基米德的发石机也是运用这个原理。
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| 杠杆原理 |
阿基米德能举起地球吗？
“给我一个支点，我就能举起地球”，相传这是古代发现杠杆原理的阿基米德说的话。阿基米德知道，如果利用杠杆，就能用一个最小的力，把无论怎样重的东西举起来，只要把这个力放在杠杆的长臂上，而让短臂对重物起作用。因此，他的手就可以举起质量等于地球的重物。
然而如果这个古代伟大科学家知道地球的质量是多么大，他也许就不会这样夸口了。让我们设想阿基米德真的找到了另一个地球做支点；再设想他也做成了一根够长的杠杆。你知道他得用多少时间才能把质量等于地球的一个重物举起，哪怕只举起1cm呢？至少要30万亿年！原来地球的质量天文学家是知道的。质量这样大的物体，如果把它拿到地球上称的话，它的重量大约是：6000000000000000000000t。
如果一个人只能直接举起60kg的重物，那么他要“举起地球”，就得把自己的手放在一根这样长的杠杆上，他的长臂应当等于它的短臂的100000000000000000000倍！简单地计算一下就可以知道，在短臂的那一头举高1cm，就得把长臂那一头在宇宙空间里画一个大弧形，弧的长度大约是：1000000000000000000km。
这就是说，阿基米德如果要把地球举起1cm，他那扶着杠杆的手就得移动大到这样不可想象的一个距离！那么他要用多少时间才能做完这件事呢？如果认为阿基米德能在一秒种里把60kg的重物举高一米那么，他要把地球举起1cm，就得用去100000000000000000000S，或三十万亿年！可见阿基米德无法完成这个任务。
杠杆的简单实例
一根长为4米的一头粗一头细的木棒，在距粗端1米处支住它可以平衡；如果在距粗端2米处支住，且在另一端挂20N的重物，杠杆仍可平衡，那么这根棒重为多少？在距粗端1米处支住它可以平衡说明了他的重心在距粗端1米处。
如果在距粗端2米处支住，且在另一端挂20N的重物，杠杆仍可平衡，F1*L1=F2*L2得：G*1m=20N*2m；解得：G=40N，所以，这根棒重为40N。 [1]中国科学技术网http://www.cast.org.cn/n435777/n435799/n1421842/n1422104/53632.html
[2]同济大学桥梁网http://bridge.tongji.edu.cn/qiaoliang/duojiaocai/bridge/text/chp03/3_7_1.htm
