我们的1654_分卷阅读_732

    第1节杠杆

    在远古时期，没有现代大型工具，人们在需要搬动大块石头的，往往使用杠杆来撬动，如右图。

    三角部分是支点，黑色是木棒。在右边的向下箭头处，是人用力的地方，左边向上箭头处，就是木棒撬动石块的位置。可以用较小的力，撬动左边的大石块。整个杠杆，有两个用力点和一个支撑点。（在以后的叙述中，箭头向下的位置，都表示人用力的地方，箭头向上的位置，都表示物体受力点地方。）

    这就是典型的杠杆，是置放连结在一个支撑点上的硬棒，这硬棒可以绕着支撑点旋转。

    在中国战国年代，墨子曾提到应用杠杆与其操作机制的机械。古希腊时期，阿基米德和亚里斯托德，都讨论过杠杆原理。其中，阿基米德最著名的言论：“给我一个支点，我就可以举起整个地球。

    最开始的杠杆是为了省力，可以使用较小的力来产生较大的力。但在使用中，可以任意调整支撑点和用力的位置，这样就产生不同的应用。

    最基本的杠杆如图2.a，比如跷跷板。图2.b的杠杆，比如镊子。图2.c的杠杆，比如核桃夹子。

    选读：『『杠杆的作用效果计算：

    如图3.a，支点右边木棒长4米，左边1米，在右边放100斤重的物品，则左边可以撬起400斤的物品。实际上，左右两边的（重量x长度）是相等的。当杠杆如图3.b时，支撑点在最左端，右边有100斤放置的长度是5米，则需要500斤向上的力气作用在长度1米的位置。也满足（重量x长度）相等。

    杠杆效果可以累加，比如图3.b，在4米的位置放置125斤的物品。则在1米的位置需要1000斤的力气才能撑住。也就是（1000斤x1米）=（125斤x4米）+（100斤x5米）

    使用杠杆的结果：如图3a，右边的木棒向下移动0.4米，左边的木棒才向上移动0.1米。虽然可以用100斤的力气撬动400斤物品，但是400斤物品的移动距离却是实际用力移动距离的1/4。』』

    事实上说明了一点，天下没有免费的午餐，总是要付出代价。用小的力来移动大重量的物体，代价就是移动距离小。用大的力来移动小重量的物体，效果就是可以移动更大的距离。

    生活中的杠杆：

    确定以下工具的支撑点和两个用力点

    1.啤酒开瓶器，

    2.剪刀

    3.菜市场里面老式的秤。（包括台秤）

    4.筷子

    观察家里面的各种工具，确定有哪些是使用杠杆原理。并找出支撑点和用力点，并分类为图2.abc中的哪一种。

    古代的军事应用：

    1.美洲人使用的标枪投掷器，阿塔阿塔。

    由一根木棒和绳索组成，类似于老式赶马车的鞭子。使用时，人握住木棒的下端，标枪卡在绳索末端的卡子中，用力向前挥动木棒，标枪在最高速时脱离卡子。3万年前的猎人就使用这种方式狩猎。500年以前，在现墨西哥曾存在古代文明阿兹特克，这种投掷器就是其武器之一，标枪可投掷250米。

    在体育比赛中，标枪投掷时，运动员的胳膊就相当于标枪投掷器的绳索，躯干相当于木棒。这种情况下的投掷记录可达100米。

    比较可发现，使用投掷器，杠杆效果很明显，投掷距离增加了1.5倍。

    2.配重式投石器，回回炮

    右边是配重，一般是大量石块。左边是待投掷东西，可以是大型石块（破坏防守工事，城墙）、燃烧物、毒药、污染物（动物尸体，用于制造瘟疫，14世纪蒙古人使用这种方法导致鼠疫流行）。由欧洲经伊斯兰地区传入中国，故称之为回回炮。蒙古人在灭亡中国时，使用这种武器进行攻城。攻击距离一般和杠杆长度成正比，大型的攻击距离可以到300米以上。

    思考：

    1.在什么情况下杠杆无法使用？【当木棒断裂时，杠杆就无法使用。所以木棒要足够结实。支撑点也必须有足够承受能力。】

    2.木棒在那个地方的受力是最大的？【杠杆在使用时，木棒不同区域的受力不同，当支撑点在木棒内部区域时，支撑点处的受力最大。当支撑点在木棒端点时，木棒内部的受力点处受力最大。】

    观察：

    1.在有条件的情况下，观察老式的秤。看秤杆的粗细有什么变化，并思考为什么。

    2.用一次性筷子夹物品，每次都比上一次物品重，当筷子断裂时，观察筷子在何处断裂。

    3.在有条件的情况下，观察载重卡车车厢下面的承重梁是什么形状，思考为什么。

    4.乒乓球和羽毛球，需要发力时都是手腕用力，这样打出去的球速度才快。

    5.人的身体充满了各种杠杆。仰卧起坐，腹肌带动上半躯干运动，组成杠杆系统。后蹬跑，跟腱和脚掌、大腿肌肉和膝盖都组成了杠杆系统。咀嚼时，感受下颌的杠杆系统。仔细观察身体，究竟有多少杠杆系统。

    6.双截棍，和长棍、阿塔阿塔相比较，看看区别。少年大卫的武器，牧羊人投石子的装置，和赶马车人的鞭子的区别。

    全书读完后，尝试一下问题：

    1.在杠杆计算时，忽略的木棒的重量。实际计算时，木棒的重量也要考虑在内，在图3.a中，木棒每米重10斤，左边放置400斤物品，右边要放置多少斤才能撬动？

    2.如果支撑点支撑不住会发生什么情况？比如在图3.a中，支撑点为大块的干土。左边放置400斤物品（忽略木棒重量），在右边开始慢慢增加物品重量，当物品重量增加到50斤时，支撑的干土开始破碎。此刻，杠杆效果由图2.a变成了图2.b的模式，那么干土受力为多少？

    3.杠杆的组合，如何使用2个杠杆，使用100斤向上支撑力来撑住2500斤的物品？

    4.图3.a和3.b中，支撑点受力分别为多少？（有条件的情况下，观察老式秤使用情况，并观察支撑点的使用状况）

    5.考虑木棒重量，每米10斤。那么问题3中的组合杠杆，需要多少斤支撑力才能撑住2500斤？

    梅乐芝经理的科普文章（二）

    第2节弹性

    橡皮筋比较常见，拉开就能感觉到它的收缩力，拉得越开，收缩力越大。弹簧，是另外一种使用很频繁的工具，也有同样效果。

    物体形状发生变化，有一种恢复原形状的趋势，而这种趋势的表现就是弹性。衡量弹性的大小就是弹性力。

    英国人胡可给出了以他名字命名关于弹性的定理，弹性力的大小和形变成比例关系。

    日常生活中，大量存在着弹性的使用。从玩具到乐器，无所不在。因为物体的形变可以有很多形式，对应弹性也表现为很多种形式。以弹簧为例，沿着弹簧的纵向，拉伸或压缩，就产生相应的拉力或弹力。将弹簧扳成弓形，则产生侧向的弯力。像开锁一样扭弹簧，则产生扭力。这些力，都是以恢复原形状的作用方向命名，都可以统一命名为弹性力。

    特别的弹簧：空气，可以大幅度压缩在密闭的空间。当气体压缩后，产生弹力。

    生活中出现的弹性：

    1.简易弹簧秤

    2.席梦思床垫

    3.锁

    4.发卡

    观察生活中出现的各种弹性，并分析对应的弹力是何种情况。

    有条件的情况下，尝试使用细铁丝制作弹簧。在一根圆棒上（比如擀面杖、竹竿，最好是一端稍粗，一端稍细，方便取下铁丝），用细铁丝均匀缠绕，固定较长时间后取下。检验这个弹簧，在什么情况下，可以有效产生弹力，在什么情况下，失去弹性。

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