杠桿平衡原理的應用

A. 杠桿原理在日常生活中的應用之研究

物理學中把在力的作用下可以圍繞固定點轉動的堅硬物體叫做杠桿。
五要素：動力，阻力，動力臂，阻力臂和支點
1、支點：杠桿的固定點，通常用O表示。
2、動力：驅使杠桿轉動的力，用F1表示。
3、阻力：阻礙杠桿轉動的力，用F2表示。
4、動力臂：支點到動力作用線的垂直距離叫動力臂，用L1表示。
5、阻力臂：支點到阻力作用線的垂直距離叫阻力臂，用L2表示。
杠桿原理亦稱「杠桿平衡條件」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（用力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1· l1=F2·l2。式中，F1表示動力，l1表示動力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。

B. 采購杠桿原理的應用

鉗子是采購杠桿原理。

原理簡介： 杠桿原理亦稱「杠桿平衡條件」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（動力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1• L1=F2•L2。式中，F1表示動力，L1表示動力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。
古希臘科學家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言：「假如給我一個支點，我就能把地球挪動！」這句話有著嚴格的科學根據.
阿基米德在《論平面圖形的平衡》一書中最早提出了杠桿原理。他首先把杠桿實際應用中的一些經驗知識當作「不證自明的公理」，然後從這些公理出發，運用幾何學通過嚴密的邏輯論證，得出了杠桿原理。這些公理是：（1）在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上相等的重量，它們將平衡；（2）在無重量的桿的兩端離支點相等的距離處掛上不相等的重量，重的一端將下傾；（3）在無重量的桿的兩端離支點不相等距離處掛上相等重量，距離遠的一端將下傾；（4）一個重物的作用可以用幾個均勻分布的重物的作用來代替，只要重心的位置保持不變。相反，幾個均勻分布的重物可以用一個懸掛在它們的重心處的重物來代替（5）相似圖形的重心以相似的方式分布……
正是從這些公理出發，在「重心」理論的基礎上，阿基米德發現了杠桿原理，即「二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。阿基米德對杠桿的研究不僅僅停留在理論方面，而且據此原理還進行了一系列的發明創造。據說，他曾經藉助杠桿和滑輪組，使停放在沙灘上的桅般順利下水，在保衛敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰斗中，阿基米德利用杠桿原理製造了遠、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人，曾把羅馬人阻於敘拉古城外達3年之久。
概念分析：在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。正是從這些公理出發，在「重心」理論的基礎上，阿基米德發現了杠桿原理，即「二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。
杠桿的支點不一定要在中間，滿足下列三個點的系統，基本上就是杠桿：支點、施力點、受力點。
其中公式這樣寫：支點到受力點距離(力矩) * 受力 = 支點到施力點距離(力臂) * 施力，這樣就是一個杠桿。
杠桿也有省力杠桿跟費力的杠桿，兩者皆有但是功能表現不同。例如有一種用腳踩的打氣機，或是用手壓的榨汁機，就是省力杠桿 (力臂 > 力矩)；但是我們要壓下較大的距離，受力端只有較小的動作。另外有一種費力的杠桿。例如路邊的吊車，釣東西的鉤子在整個桿的尖端，尾端是支點、中間是油壓機 (力矩 > 力臂)，這就是費力的杠桿，但費力換來的就是中間的施力點只要動小距離，尖端的掛勾就會移動相當大的距離。
兩種杠桿都有用處，只是要用的地方要去評估是要省力或是省下動作范圍。另外有種東西叫做輪軸，也可以當作是一種杠桿的應用，不過表現尚可能有時要加上轉動的計算。
古希臘科學家阿基米德有這樣一句流傳千古的名言："假如給我一個支點，我就能把地球挪動!"這句話不僅是催人奮進的警句，更是有著嚴格的科學根據的。
杠桿分類;杠桿可分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。這幾類杠桿有如下特徵：
1.省力杠桿：L1>L2, F1<F2 ,省力、費距離。如拔釘子用的羊角錘、鍘刀，瓶蓋扳子等。
2．費力杠桿： L1＜L2, F1＞F2,費力、省距離，如釣魚竿、鑷子等。

C. 生活中的杠桿原理應用

杠桿原理基本有3種類型，第一類的杠桿例子是天平、剪刀、鉗子等，第二類杠桿的例子是開瓶器、胡桃夾，第三類杠桿如錘子、鑷子等。

杠桿分為3種杠桿。第一種是省力的杠桿，如：開瓶器等。第二種是費力的杠桿，如：鑷子等。第三種是既不省力也不費力的杠桿，如：天平、釣魚竿等。

還有工程上的吊車，滑輪等。

(3)杠桿平衡原理的應用擴展閱讀：

阿基米德在《論平面圖形的平衡》一書中最早提出了杠桿原理。他首先把杠桿實際應用中的一些經驗知識當作"不證自明的公理"，然後從這些公理出發，運用幾何學通過嚴密的邏輯論證，得出了杠桿原理。

如鉗子、桿秤杠桿原理亦稱「杠桿平衡條件」。要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個力（用力點、支點和阻力點）的大小跟它們的力臂成反比。

動力×動力臂=阻力×阻力臂，用代數式表示為F1•l1=F2•l2。式中，F1表示動力，l1表示動力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。

從上式可看出，欲使杠桿達到平衡，動力臂是阻力臂的幾倍，動力就是阻力的幾分之一。在使用杠桿時，為了省力，就應該用動力臂比阻力臂長的杠桿；如欲省距離，就應該用動力臂比阻力臂短的杠桿。因此使用杠桿可以省力，也可以省距離。

但是，要想省力，就必須多移動距離；要想少移動距離，就必須多費些力。要想又省力而又少移動距離，是不可能實現的。杠桿可分為省力杠桿、費力杠桿和等臂杠桿。

D. 生活中有哪些東西運用到杠桿原理

省力杠桿：
羊角錘、瓶蓋起、道釘撬、老虎鉗、起子、手推車、剪鐵皮和修枝剪刀
費力杠桿：
筷子、鑷子、釣魚竿、腳踏板、掃帚、船槳、裁衣剪刀、理發剪刀、人手臂
等臂杠桿：
天平、定滑輪
實例：
1.
以自行車為例：
自行車是一種人們常用的代步交通工具，從自行車的結構和使用來看，它要用到許多自然科學知識，請舉出例子：
解析：自行車從結構上來說是簡單機械的組合，驅動時應用力學平衡原理，所以能行走。
自然科學知識的應用：
（1.車把手在轉動時是一個省力杠桿，當動力臂大於阻力臂時可以省力。
（2.剎車閘在使用時是一個杠桿，當動力臂大於阻力臂時可以省力。
（3.腳踏板與大飛輪，小飛輪與後輪組成輪軸裝置，當動力作用在輪上可以省力,作用在軸就費力。
2.膠把鋼絲鉗。它的設計和使用中應用了我們學過的物理知識，請你指出所依據的物理知識。
解析
鋼絲鉗是利用省力的杠桿原理製成的：
1剪口，用力相同時，剪口面積小，可以增大壓強剪斷鐵絲。
2整把鉗是省力杠桿，可以省力。
3膠把，表面凹凸花紋，可以增大有益摩擦。
4膠把是絕緣塑膠，可以防止發生觸電事故。