杠杆及其应用
摘 要：杠杆是人类早期重要的发现之一，作为最基础最重要的一种简单机械，它代表了人们对自然世界物理原理的初步运用。本文从杠杆出发，介绍了杠杆的分类和应用举例，讨论了人们认识和利用力学原理的过程。通过对于物理学中简单机械原理的深入了解与介绍，着重表现了物理知识在人们认识世界和改造世界过程中所起到的作用。
关键词：杠杆；杠杆原理；特殊应用
一、杠杆
阿基米德的那句“给我一个支点我能撬动地球”铿锵有力，是什么使得这位伟大的科学先驱说出了这样的话呢？他说的就是杠杆原理。杠杆原理的应用虽然可以追溯到很早以前的人类先民，但是提出和论证杠杆原理，是由阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中首先提出的。
杠杆是我们在初中物理学中就接触到的一类知识，在初中物理学课本中把杠杆定义为一根在力的作用下可以绕固定点转动的硬棒。杠杆的硬棒可以是任意形状的。这一点在生活中的表现比较明显如剪刀、扳手、撬棒、钓鱼竿等等都是一种杠杆，而不引人注意的是，滑轮也是一种变形的杠杆：定滑轮其实质相当于等臂杠杆而动滑轮则相当于一种省力杠杆。
如上图，杠杆需要具备五方面要素：即支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。其中支点是杠杆绕着转动的点；动力 指使杠杆转动的力；阻力是阻碍杠杆转动的力；动力臂即从支点到动力作用线的距离，。阻力臂是从支点到阻力作用线的距离。
杠杆的平衡条件 ：动力×动力臂=阻力×阻力臂
即：F1l1=F2l2
二、杠杆的应用
1.杠杆的分类及日常应用
一般我们可以根据上述的杠杆平衡条件（F1l1=F2l2），很清晰明了的把应用于实际问题的杠杆分为三类：
①当F1
②当F1>F2，L1 ③当F1=F2，L1=l2时，此时的杠杆是等臂杠杆。最著名的当属天平，以及我们小时候会很喜欢玩的跷跷板。 上面所述的三种杠杆的分类，本质上来看，其实是是对杠杆两端力、和力臂的讨论，为达成我们需要的目的，我们需要在力和移动距离之间做出相应的取舍，为省力则需要增加移动距离（如杠杆），为了实现某种特殊要求而需要减少移动距离，则需要增加力的付出。所以，杠杆的应用即可以实现省力又能够节省距离，但两者正如鱼与熊掌，不可兼得。 2.杠杆在中国古代的应用 除了上文提到的筷子，中国古代还有很多对杠杆原理的灵活应用。秤是中国古代最主要的衡器，也是古代中国对杠杆原理的灵活应用。最初的秤，同样是利用等臂杠杆的原理，类似今天的天平。但是，随着社会的发展，我们需要称量的东西越来越有分量，应用等臂杠杆就要求需要相同分量的砝码，这使得称量愈加费力起来。聪明的中国古代先贤，灵活的运用了不等臂杠杆的原理，杆秤应运而生，极大的方便了生产生活的需要。 织机作为中国古代重要的生产工具，在后来比较成熟的织机中，很多地方都应用到了杠杆的原理，并完美的整合于一体，很大的提高了工作效率，和产出质量。 3.人体中的杠杆 在人体众多肌肉与骨骼的连接中，其实也大量的运用了杠杆的原理。我们点头或抬头，都是以脊柱顶点为支点，配合肌肉的拉伸实现的。当我们屈肘拿起重物的时候，手臂也是一个杠杆，这是一个以肘关节为支点的费力杠杆。每举起一份重量，需要手臂肌肉花费六倍以上的力气。其实这样的结构虽然费力，但保证了手臂的灵活性，使其能够在小范围内做出更加复杂的工作。 三、杠杆的变形应用 其实杠杆原理的应用，并不只局限于以杆状物来充当力臂，其实，生活中很多方便的机械构造当中都应用到了杠杆的原理。 1.轮轴 其实我们生活中常见的如方向盘、砂轮、各种齿轮等都是轮轴的应用，通过一定的组合，可以起到很实际的应用。对于轮轴，有相同于杠杆的平衡条件，即F1R=F2r。最直观的体现是我们常常接触的变速自行车的齿轮与轮胎组成的轮轴。链条作用在小齿轮上提供前进的动力，此时小齿轮是轴。而前进的阻力来自于地面作用在车轮上的摩擦力。因为车轮半径R大于齿轮半径r，动力作用在轴上虽然相对费力，但是很大的提高了前进距离。 2.滑轮组 滑轮组是对杠杆原理的另一种灵活应用，定滑轮可以被看做一个等臂杠杆的应用。滑轮与杠杆是，人类应用最早使用最广的两种简单机械，也是我们在高中物理中最常接触到的两种简单机械。时至今日，我们在工业科技中的众多复杂机械，从起重机到机械手臂，都是以基础的杠杆、滑轮、轮轴等组合设计而成的。 3.斜面 其实，杠杆原理的应用，不光体现在机械连接、传动组合方面， 其实最简单的斜面，也是一个对杠杆原理的应用。通过一个简单的斜坡，我们可以把重物轻松的运送到高处。同样类似于杠杆原理的作用，斜坡通过增加了移动距离，而很大的减少了作用力的需求。 四、总结 杠杆只是物理学中一个很小的部分，但是它的应用却极大的改变了人类的生活，推动了整个社会的进步。通过对杠杆这一简单物理问题的深入学习，我们可以看到物理学是源自于对自然界规律的总结，而物理知识更是反过来应用于解决我们遇到的现实性的问题。科学的意义正是在应用中推动社会的发展，而学习的意义则在于掌握这种应用的方法。 参考文献： [1]高中物理课本 [2]巧用杠杆原理，余仁，2016
