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[转帖] 杠杆力

杠杆力

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杠杆的定义
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只要在力的作用下能够绕支撑点转动的坚实物体都是杠杆。
跷跷板、剪刀、扳子、撬棒等,都是杠杆。



杠杆的性质
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杠杆绕着转动的支撑点叫做支点
The lever is called a fulcrum being winding the center of resistance rotating
使杠杆转动的力叫做动力
Make the force that the lever turns be called driving force
阻碍杠杆转动的力叫做阻力
Hinder the force that the lever turns from being called resistance
当动力和阻力对杠杆的转动效果相互抵消时,杠杆将处于平衡状态,这种状态叫做杠杆平衡
Think that driving force composes in reply resistance when effect cancels out each other to the lever rotating , the lever will be called lever balance in equilibrium state , this state
通过力的作用点沿力的方向的直线叫做力的作用线
The straight line passing the force effect point direction along the force is called the force effect line
从支点到力的作用线的距离叫做力臂
Gleam of distance is called an arm of force from fulcrum to the force effect
从支点O到动力F1的作用线距离L1叫做动力臂
L1 is called a power arm from fulcrum O to driving force F1 effect line distance
从支点O到阻力F2的作用线距离L2叫做阻力臂
L2 is called the resistance arm from fulcrum O to resistance F2 effect line distance




杠杆平衡条件
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动力臂×动力=阻力臂×阻力,即L1F1=L2F2,由此可以演变为F2/F1=L1/L2
Power arm X driving force = resistance arm X resistance , namely L1F1 = L2F2, can develop into F2/F1 = L1/L2 from this
杠杆的平衡不仅与动力和阻力有关,还与力的作用点及力的作用方向有关。
The lever balance is connected with driving force and resistance not only , direction is connected with force effect point and the force effect.



生活中的杠杆
[编辑本段]

       杠杆是一种简单机械;一根结实的棍子(最好不会弯又非常轻),就能当作一根杠杆了。上图中,方形代表重物、圆形代表支持点、箭头代表用,这样,你看出来了吧?在杠杆右边向下杠杆是等力杠杆;第二种是重点在中间,动力臂大于阻力臂,是省力杠杆;第三种是力点在中间,动力臂小于阻,是费力杠杆。
       第一种杠杆例如:剪刀、钉锤、拔钉器……杠杆可能省力可能费力,也可能既不省力也不费力。这要看力点和支点的距离:力点离支点愈远则愈省力,愈近就愈费力;还要看重点(阻力点)和支点的距离:重点离支点越近则越省力,越远就越费力;如果重点、力点距离支点一样远,就不省力也不费力,只是改变了用力的方向。
       第二种杠杆例如:开瓶器、榨汁器、胡桃钳……这种杠力点一定比重点距离支点近,所以永远是省力的。
       如果我们分别用花剪(刀刃比较短)和洋裁剪刀(刀刃比较长)剪纸板时花剪较省力但是费时;而洋裁剪则费力但是省时。

1.剪较硬物体
要用较大的力才能剪开硬的物体,这说明阻力较大。用动力臂较长、阻力臂较短的剪刀。

2.剪纸或布
用较小的力就能剪开纸或布之类较软的物体,这说明阻力较小,同时为了加快剪切速度,刀口要比较长。用动力臂较短、阻力臂较长的剪刀。

3.剪树枝
修剪树枝时,一方面树枝较硬,这就要求剪刀的动力臂要长、阻力臂要短;另一方面,为了加快修剪速度,剪切整齐,要求剪刀刀口要长。用动力臂较长、阻力臂较短,同时刀口较长的剪刀。

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人体内的杠杆
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几乎每一台机器中都少不了杠杆,就是在人体中也有许许多多的杠杆在起作用。拿起一件东西,弯一下腰,甚至翘一下脚尖都是人体的杠杆在起作用,了解了人体的杠杆不仅可以增长物理知识,还能学会许多生理知识。
点一下头或抬一下头是靠杠杆的作用(见图),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,但是可以赢得速度。
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(如图),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(如图)。 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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杠杆分类
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杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。这几类杠杆有如下特征:
1.省力杠杆:L1>L2, F1<F2 ,省力、费距离。如拔钉子用的羊角锤、铡刀,瓶盖扳子等。
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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概念分析
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在使用杠杆时,为了省力,就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆;如欲省距离,就应该用动力臂比阻力臂短的杠杆。因此使用杠杆可以省力,也可以省距离。但是,要想省力,就必须多移动距离;要想少移动距离,就必须多费些力。要想又省力而又少移动距离,是不可能实现的。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。

  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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原理简介
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杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡,作用在杠杆上的两个力(动力点、支点和阻力点)的大小跟它们的力臂成反比。动力×动力臂=阻力×阻力臂,用代数式表示为F1• L1=F2•L2。式中,F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,欲使杠杆达到平衡,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一。
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