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杠杆
作者:佚名 文章来源:人教网 点击数: 更新时间:2007-1-21 12:13:38 | 【字体:

    概念:一根硬棒,在的作用下如果能绕着固定点转动,这根硬棒就叫杠杆。在生活中根据需要,杠杆可以做成直的,也可以做成弯的。

    (1)支点:杠杆围绕着转动的点(如图所示的O点) 
    (2)动力:使杠杆转动的力(图中的F1) 
    (3)阻力:阻碍杠杆转动的力(如图F2) 
    (4)动力臂:从支点到动力作用线(F1)的距离(如图L1) 
    (5)阻力臂:从支点到阻力作用线(F2)的距离(如图F2

    当杠杆在动力和阻力作用下静止时,杠杆平衡


《墨经》中有关杠杆的知识

    墨家是我国古代的一个学派,这个学派的成员多来自生产第一线,有丰富的技术知识和刻苦的钻研精神,研究科学技术的风气特别盛,有不少创造发明,对后世的科学发展起着积极作用。墨翟是战国初期鲁国人,是墨家创始人。《墨经》是墨家学者的集体创作。

    《墨经》一书中有两条专门记载杠杆的原理。一条说:“衡木,加重焉而不挠,极胜重也;右校交绳,无加焉而挠,极不胜重也。”意思是说:在横杆的一端加上重物而不致发生偏转(“挠”),那一定是预先固定有石块的一端(即“极”)的转矩,足以胜任重物一端的转矩。此时如果把支点(“交绳”)移近“极”端,即不必另加重物也可以使杠杆偏转,这时是“极”的转矩不能胜任重物的转矩。

    另外一条是专门从杠杆原理讨论天平与杆秤的。条文是这样的:“衡木:加重于其一旁必捶——重相若也。相衡:则本短标长,两加焉,重相若,则标必下——标得权也。”这段文字上半是说天平的。意思是:天平横梁的一臂加重物,另一臂必得加砝码(“必捶”),两者必须重,才能平衡。下半是说杆秤的。意思是说:杆秤的提纽到重物的一臂(“本”)比较短,提纽到秤锤的臂(“标”)比较长,如果两边等重,秤锤一过必下落。为什么呢?因为种锤对“标”一边的作用过大了。

    这两条对杠杆的平衡条件说得很全面:有等臂的,有不等臂的;有改变两端重力使它转动的,也有改变两端长度使它转动的。这样的记载,在世界物理学史上都是非常有价值的。


杠杆·曹操·机器人

   
    传统的学科课程是在初中物理中讲授杠杆原理的,它的重点是杠杆原理的,它的重点是杠杆的平衡条件。然而,杠杆作为人类的劳动工具,从史前的古人到当代的科学家都在使用着它,一部杠杆的应用史从一侧面反映着人类文明的发展。

    古希腊的阿基米德发现了杠杆平衡条件,我国的古书《庄子》有关于桔槔提水的记载,三国时曹操与袁绍大战,刘晔建议制作的发石车便是杠杆……时至今日,1947年美国阿贡实验室研究的机械手和1970年出现的四脚机械人都有着许多杠杆。这杠杆的应用史里有着有血有肉的历史故事,涉及到古汉字的演变,近代工业的发展,现代高科技的成就…… 杠杆平衡原理是科学,杠杆及其变形的机械或仪器属于技术,阿基米德用杠杆及其变形机械把大船送入大海属于社会。科学、技术和社会是相互联系,相互作用的。

    杠杆是如此,镜子也是如此,照相机、望远镜、电脑、枪炮、玩具……每一件人造物里都有着一部生动活泼的发展史,有着科学家的探索,发明家的创造,有着政治干预,有着文化关联,有着艺术造型,有着商品流通、成本核算、生产工艺……总之,有着科学、技术和社会,有着S.T.S。 S.T.S是"科学"、"技术"、"社会"三个词的英语字头,"S.T.S教育"是近年来技术和人类发展进行教育。

    用S.T.S的观点来看,在初中介绍杠杆知识,重点不在于FA·OA=FB·OB这个平衡条件的应用和有关的计算,重点在于包启在杠杆原理中的科学精神、科学过程,包含在杠杆机械中的发明过程、应用过程,重在于杠杆在社会发展中的作用。总之,一根杠杆恰恰能有力地说明科学技术是第一生产力。


人体内的杠杆

  运动系统是许多个杠杆结构组成的,人体的许多动作都是通过杠杆作用而表现出来的。

  在运动过程中,骨为运动的杠杆,关节为运动的支点,骨骼肌施加动力。当骨骼肌收缩时,牵动所附的骨围绕关节转动,就会产生各种动作。人体内有三种类型杠杆,即等臂杠杆、省力杠杆和费力杠杆。下图示仰头、跷足、屈肘分别代表的三种杠杆,你能判断出各属哪一种吗?

 

  图中O表示关节构成的支点,三图分别表示寰枕关节、跖趾关节和肘关节。A点为肌肉在骨上的附着点,即力点,B则表示重点,由此可知,仰头为等臂杠杆,跷足为省力杠杆,而屈肘则为费力杠杆。在屈肘动作中,如果OB是OA的8倍,假如你要用手托起8千克的铁球,请你算算看,肱二头肌至少要施加多大的 力?(答:627.2牛顿)


人身上的杠杆

  在人体生理卫生课上已经学过,人身上有206块骨,其中有许多起着杠杆作用,当然这些起杠杆作用的骨不可能自动地绕支点转动,必须受到动力的作用,这种动力来自附着在它上面的肌肉.

  肌肉靠坚韧的肌健附着在骨上.例如肱二头肌上端肌腱附着在肩胛骨上,下端肌腱附着在桡骨上(如图),肱三头肌上端有肌腱分别附着在肩胛骨和肱骨上,下端附着在尺骨上.

  人前臂的动作最容易看清是个杠杆了,它的支点在肘关节.当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时,前臂向上转,引起曲肘动作;而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时,前臂向下转,引起伸肘动作.从上图很容易看出,前臂是个费力杠杆,但是肽二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离.可见,费了力,但省了距离.

  如图是跑动时腿部肌肉示意图,为了画面简单容易看清,右腿没有画出臀大肌、股四头肌,左腿没有画出髂腰肌①、股二头肌.当右腿向前跨步时,是右腿的髂腰肌收缩、臀大肌松弛,使右大腿抬起;股四头肌松弛,股二头肌收缩,使右膝弯曲.这时候,左腿由于它的髂腰肌松弛,臀大肌收缩,股四头肌收缩,股二头肌松弛,而伸直.


杠杆运动

 

  在人体中,骨在肌拉力作用下围绕关节轴转动,它的作用和杠杆相同,称为骨杠杆。人体的骨杠杆运动有三种形式:
  1.平衡杠杆:支点在力点和重点之间。如颅进行的仰头和俯首运动。
  2.省力杠杆:重点在支点和力点之间。如行走时提起足跟的动作,这种杠杆可以克服较大的体重。
  3.速度杠杆:力点在重点和支点之间。如肘关节的活动,这种活动必须以较大的力量才能克服较小的重量,但运动速度和范围很大。


天工开物中的杠杆


杠杆的应用

        

文章录入:ftang    责任编辑:ftang 
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