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        杠桿原理【點擊數:


        杠桿的使用或許可以追溯到原始階段。當原始人拾起一根棍棒與野獸搏斗、或用它撬動一塊巨石,他們實際上就是在使用杠桿。石器時代人們所用的石刃、石斧,都以天然繩索將它們和木柄捆束在一起;或者在石器上鑿孔,裝上木柄。這表明他們在實踐中懂得了杠桿的經驗法則:延長力臂可以增大力量。

        杠桿在中國的典型發展是秤的發明及其廣泛應用。在一根杠桿上安裝吊繩作為支點,其一端掛上重物,另一端掛上砝碼或秤錘,就可以秤量物體的重量。古代人稱它為“權衡”或“衡器”。“權”就是砝碼或秤錘,“衡”是指秤桿。《呂氏春秋·古樂》中記載:黃帝使伶倫“造權衡度量。”《史記·夏本紀》記載夏禹“身為度,稱以出”。可能,中國早在4000多年前就有雛型的權衡器。不過,迄今為止,考古發掘的最早的秤是在長沙附近左家公山上楚墓中的天平。它是公元前第四到第三世紀的物品,是個等臂秤。不等臂秤可能產生于春秋時期。古代中國人還發明了有二個支點的秤,俗稱銖秤(圖2-1)。使用這種秤,變動支點而不需要換秤桿就可以秤量較重的物體。這是中國人在衡器上的重大發明之一,也表明中國人在實踐中完全掌握了阿基米德(公元前287—前212年)杠桿原理。


        圖2-1 古代幾種秤示意圖

        1.楚墓中的天平與砝碼; 2.不等臂秤; 3.銖秤。

        《墨經》一書最早記述了秤的杠桿原理。《墨經》是戰國時期以魯國人墨翟為首的墨家著作。墨翟和他的弟子們以刻苦耐勞、參加生產、勇敢善戰著稱。因此,他們的著作中留下了許多自然科學知識。

        《墨經》將秤的支點到重物一端的距離稱為“本”(今稱為重臂),將支點到權一端的距離稱為“標”(今稱為力臂)。書中寫道:(1)當重物與權相等而衡器平衡時,如果加重物在衡器的一端,重物端必定下垂;(2)如果因為加上重物而衡器平衡,那是本短標長的緣故;(3)如果在本短標長的衡器兩端加上重量相等的物體,那么標端必下垂(圖2-2)。墨家在這里將杠桿平衡的各種情形都討論了。他們既考慮了“本”與“標”相等的平衡,也考慮了“本”與“標”不相等的平衡;既注意到杠桿兩端的力,也注意到力與作用點之間的距離大小。雖然他們沒有給我們留下定量的數字關系,但足以將杠桿的平衡條件敘述得十分全面了。這些文字記述肯定是墨家親身實驗的結果,它比阿基米德發現杠桿原理要早約200年。


        圖2-2 《墨經》討論杠桿原理

        桔槔也是杠桿的一種。它是古代的取水工具。作為取水工具,一般地用它改變力的方向。作其他目的使用時,也可以改變力的大小,只要將桔槔的長臂端當作人施加力的一端即可。春秋戰國時期,桔槔已成為農田灌溉的普通工具。


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