杠杆平衡原理的应用

A. 杠杆原理在日常生活中的应用之研究

物理学中把在力的作用下可以围绕固定点转动的坚硬物体叫做杠杆。
五要素：动力，阻力，动力臂，阻力臂和支点
1、支点：杠杆的固定点，通常用O表示。
2、动力：驱使杠杆转动的力，用F1表示。
3、阻力：阻碍杠杆转动的力，用F2表示。
4、动力臂：支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂，用L1表示。
5、阻力臂：支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂，用L2表示。
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（用力点、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，F1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。

B. 采购杠杆原理的应用

钳子是采购杠杆原理。

原理简介： 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，F1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。
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！”这句话有着严格的科学根据.
阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作“不证自明的公理”，然后从这些公理出发，运用几何学通过严密的逻辑论证，得出了杠杆原理。这些公理是：（1）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上相等的重量，它们将平衡；（2）在无重量的杆的两端离支点相等的距离处挂上不相等的重量，重的一端将下倾；（3）在无重量的杆的两端离支点不相等距离处挂上相等重量，距离远的一端将下倾；（4）一个重物的作用可以用几个均匀分布的重物的作用来代替，只要重心的位置保持不变。相反，几个均匀分布的重物可以用一个悬挂在它们的重心处的重物来代替（5）相似图形的重心以相似的方式分布……
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。阿基米德对杠杆的研究不仅仅停留在理论方面，而且据此原理还进行了一系列的发明创造。据说，他曾经借助杠杆和滑轮组，使停放在沙滩上的桅般顺利下水，在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中，阿基米德利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器，利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人，曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。
概念分析：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。
杠杆分类;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。

C. 生活中的杠杆原理应用

杠杆原理基本有3种类型，第一类的杠杆例子是天平、剪刀、钳子等，第二类杠杆的例子是开瓶器、胡桃夹，第三类杠杆如锤子、镊子等。

杠杆分为3种杠杆。第一种是省力的杠杆，如：开瓶器等。第二种是费力的杠杆，如：镊子等。第三种是既不省力也不费力的杠杆，如：天平、钓鱼竿等。

还有工程上的吊车，滑轮等。

(3)杠杆平衡原理的应用扩展阅读：

阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作"不证自明的公理"，然后从这些公理出发，运用几何学通过严密的逻辑论证，得出了杠杆原理。

如钳子、杆秤杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（用力点、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，F1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。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。杠杆可分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆。

D. 生活中有哪些东西运用到杠杆原理

省力杠杆：
羊角锤、瓶盖起、道钉撬、老虎钳、起子、手推车、剪铁皮和修枝剪刀
费力杠杆：
筷子、镊子、钓鱼竿、脚踏板、扫帚、船桨、裁衣剪刀、理发剪刀、人手臂
等臂杠杆：
天平、定滑轮
实例：
1.
以自行车为例：
自行车是一种人们常用的代步交通工具，从自行车的结构和使用来看，它要用到许多自然科学知识，请举出例子：
解析：自行车从结构上来说是简单机械的组合，驱动时应用力学平衡原理，所以能行走。
自然科学知识的应用：
（1.车把手在转动时是一个省力杠杆，当动力臂大于阻力臂时可以省力。
（2.刹车闸在使用时是一个杠杆，当动力臂大于阻力臂时可以省力。
（3.脚踏板与大飞轮，小飞轮与后轮组成轮轴装置，当动力作用在轮上可以省力,作用在轴就费力。
2.胶把钢丝钳。它的设计和使用中应用了我们学过的物理知识，请你指出所依据的物理知识。
解析
钢丝钳是利用省力的杠杆原理制成的：
1剪口，用力相同时，剪口面积小，可以增大压强剪断铁丝。
2整把钳是省力杠杆，可以省力。
3胶把，表面凹凸花纹，可以增大有益摩擦。
4胶把是绝缘塑胶，可以防止发生触电事故。