杠桿的分類及應(yīng)用

杜英杰

杠桿在古代就已被大量應(yīng)用，如戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的《墨經(jīng)》一書中就記載了秤的杠桿原理.人類使用杠桿的目的不外乎三種：省力、省距離和改變用力的方向，因此我們可以把杠桿分為省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿三類.

省力杠桿與應(yīng)用

根據(jù)杠桿的平衡條件“動(dòng)力×動(dòng)力臂：阻力×阻力臂”可知，在杠桿平衡時(shí)，動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力就是阻力的幾分之一，凡是省力的杠桿.其動(dòng)力臂（ι1）都大于阻力臂（ι2）.在物理學(xué)中我們把這類動(dòng)力臂（ι1）大于阻力臂（ι2）的杠桿叫作省力杠桿，

圖l是工人使用撬棒移動(dòng)石頭的示意圖.當(dāng)工人往下按壓撬棒時(shí).石頭在另一端就會(huì)被撬起.工人只需要使用較小的力就可以移動(dòng)很重的石頭，這是因?yàn)楣と嗽谝苿?dòng)石頭時(shí).手臂要移動(dòng)較長(zhǎng)的距離.我們畫出撬棒的受力示意圖，如圖2.可以看出撬棒的動(dòng)力臂為ι1，阻力臂為ι2，顯然ι1>ι2，即動(dòng)力臂大于阻力臂，所以撬棒是一個(gè)省力杠桿.

在生活中，類似的如扳手、鉗子、拔釘器、鐵皮剪刀、鋼絲鉗等，這類杠桿的特點(diǎn)都是動(dòng)力臂大于阻力臂，它們都是省力杠桿，但在使用省力杠桿時(shí)，一定是費(fèi)了更長(zhǎng)的距離.

例1 我們直接用手很難將啤酒瓶蓋打開.但如果借用開瓶器就容易多了.我們生活中常用的開瓶器是一個(gè)______（填“省力”“費(fèi)力”或“等臂”）杠桿，

解析：如圖3所示是用開瓶器開啤酒瓶蓋的用力示意圖.我們稍微向上用力.瓶蓋就輕易被打開.畫出開瓶器的受力示意圖，如圖4所示，從圖中看出，O為支點(diǎn)，開瓶器的動(dòng)力臂為ι1，阻力臂為ι2，顯然ιl>ι2，即動(dòng)力臂大于阻力臂，故開瓶器是一個(gè)省力杠桿.

答案：省力

費(fèi)力杠桿與應(yīng)用

根據(jù)杠桿的平衡條件可知，在杠桿平衡時(shí).如果動(dòng)力臂小于阻力臂，則動(dòng)力一定大于阻力.這樣的杠桿雖然費(fèi)了力，但省了距離.在物理學(xué)中我們把這類動(dòng)力臂（ι1）小于阻力臂（ι2）的杠桿叫作費(fèi)力杠桿.

魚竿就是一個(gè)費(fèi)力杠桿，在釣魚時(shí)，雙手只需移動(dòng)很短的一段距離，魚兒就可以移動(dòng)很長(zhǎng)的距離，如圖5.畫出魚竿的受力示意圖，如圖6所示.魚竿的動(dòng)力臂為ι1，阻力臂為ι2，顯然ι1<ι2，即動(dòng)力臂小于阻力臂，但動(dòng)力大于阻力.

生活中，如鑷子、筷子、手臂、扇子、起重機(jī)等都是費(fèi)力杠桿，這類杠桿的特點(diǎn)是動(dòng)力臂比阻力臂短.動(dòng)力比阻力大，雖然使用時(shí)費(fèi)力，但省了距離.

例2使用現(xiàn)代化的機(jī)械大大提高了生產(chǎn)效率.在生產(chǎn)中常常要搬運(yùn)質(zhì)量很大的物體，用手直接去搬運(yùn)非常困難，有了起重機(jī)就容易多了.起重機(jī)是一個(gè)______（填“省力”“費(fèi)力”或“等臂”）杠桿.

解析：圖7是一臺(tái)起重機(jī)工作時(shí)的受力示意圖.由圖可以看出，O點(diǎn)是支點(diǎn).吊臂的動(dòng)力臂為ι1，阻力臂為ι2，ι1<ι2.在需要吊起貨物進(jìn)行工作時(shí).只需要液壓桿向上移動(dòng)一小段距離，就可以推動(dòng)整個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的吊臂升起，省了距離，但是.在吊起重物的過(guò)程中，液壓桿卻要提供比貨物和吊臂自身所受重力更大的力才能將其推起，在提升貨物的過(guò)程中，液壓桿也承受著比貨物和自身所受重力更大的力.因此.起重機(jī)是一個(gè)費(fèi)力杠桿.

答案：費(fèi)力

等臂杠桿與應(yīng)用

根據(jù)杠桿的平衡條件可知.在杠桿平衡時(shí).如果動(dòng)力臂等于阻力臂，則動(dòng)力一定等于阻力，這樣的杠桿既不省力，也不省距離，但能改變力的方向.物理學(xué)中把這類動(dòng)力臂（ι1）等于阻力臂（ι2）的杠桿叫作等臂杠桿.實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使剛的人平（如圖8）是最常見的等臂杠桿.

學(xué)即用，練一練：

1.杠桿在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用，如圖9所示的工具中屬于費(fèi)力杠桿的是（）.

A.①② B.②③ C.①③

D.①④

2.阿基米德曾說(shuō)：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我將撬起整個(gè)地球.”在如圖10所示的杠桿中，與阿基米德設(shè)想的杠桿屬于同一類型的是（）.

3。生活中經(jīng)常用到的剪刀是一對(duì)杠桿，如圖1 1所示的剪刀，在使用時(shí)最能省力的是（）.

參考答案：1.B

2.C

3.Bendprint