杠桿原理在生活中的應(yīng)用

王乾

【摘 要】杠桿原理是物理學(xué)中一個(gè)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的典范，例如吊機(jī)挖土機(jī)剪刀等。阿基米德說(shuō)給我一個(gè)支點(diǎn)我能撬動(dòng)地球。杠桿分為省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿三類。本文分析了杠桿原理及在社會(huì)現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】杠桿原理 省力杠桿 費(fèi)力杠桿 等臂杠桿

一、杠桿原理概述

1.杠桿的構(gòu)成要素

通俗地講，杠桿就是一根在力作用下能夠繞固定點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒。杠桿有五大要素，分別是支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力及阻力臂和動(dòng)力臂。如下圖1所示。動(dòng)力是指使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力，一般用F1表示；阻力是指阻礙杠桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的力，一般用字母F2來(lái)表示；支點(diǎn)是杠桿達(dá)到平衡時(shí)的一點(diǎn)即圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)，一般用字母O來(lái)表示；動(dòng)力臂是指動(dòng)力和支點(diǎn)之間的距離，一般用字母M來(lái)表示；阻力臂是指阻力到支點(diǎn)之間的距離，一般用字母L2來(lái)進(jìn)行表示。

2.杠桿原理及分類

在現(xiàn)實(shí)生活中利用杠桿原理時(shí)，要選好目的是為了省力還是節(jié)省距離。如果是為了省力應(yīng)當(dāng)使動(dòng)力臂大于阻力臂；如果目的是節(jié)省距離，應(yīng)當(dāng)使動(dòng)力臂小于阻力臂。根據(jù)不同的目的來(lái)選取不同的杠桿，因?yàn)楦軛U無(wú)法做到既省力又省距離。只要滿足支點(diǎn)、受力點(diǎn)和施力點(diǎn)這三個(gè)條件就形成了一個(gè)杠桿，支點(diǎn)不在中間也可以形成一個(gè)杠桿。

杠桿分為三類，分別是省力杠桿費(fèi)力杠桿和等臂杠桿。不同的杠桿具有不同的特征并被用于不同的場(chǎng)景。省力杠桿比較省力但是費(fèi)距離。省力杠桿包括道釘撬、手推車(chē)、老虎鉗、起子、瓶蓋起、羊角錘、修枝和剪鐵皮刀等工具。費(fèi)力杠桿包括人手臂、理發(fā)剪刀、裁衣剪刀、船槳、掃帚、腳踏板、釣魚(yú)竿、鑷子和筷子等費(fèi)力杠桿在生活中也是被廣泛應(yīng)用的。定滑輪、天平等等臂杠桿既不省力也不費(fèi)力，是一種比較均衡的狀態(tài)，也沒(méi)有多移動(dòng)距離。

二、杠桿原理在生活中的運(yùn)用

2008年我國(guó)發(fā)生了一件震驚世界的大事，西南四川發(fā)生了8級(jí)強(qiáng)烈地震。許多建筑物頃刻之間變?yōu)閺U墟，造成了極大的人員和物質(zhì)損失。由于當(dāng)?shù)氐牡匦卧颍匦途仍畽C(jī)械不能在第一時(shí)間趕到救援現(xiàn)場(chǎng)，在這種緊急情況下武警戰(zhàn)士通過(guò)利用木頭撬開(kāi)水泥板等方式搶救了大量的受災(zāi)人員。杠桿原理在生活中應(yīng)用廣泛，即使不太懂杠桿原理具體細(xì)節(jié)的廣大老百姓在日常生活中也知道利用杠桿原理來(lái)達(dá)到省時(shí)省力的效果，理論來(lái)源于生產(chǎn)并最終服務(wù)于生產(chǎn)。

1.在生產(chǎn)生活工具方面

杠桿原理的重點(diǎn)在于省力。在我們的日常生活中不知不覺(jué)中已經(jīng)使用到了了杠桿原理。

在我們的日常生活中有很多利用杠桿原理的工具。自行車(chē)作為人們短途出門(mén)最方便最常用的的交通工具，它的制造結(jié)構(gòu)和使用很多用到了杠桿原理和其他自然科學(xué)方面的知識(shí)。自行車(chē)在使用過(guò)程中不像電車(chē)汽車(chē)一樣耗電耗油，它是基于機(jī)械的簡(jiǎn)單組合上利用力學(xué)平衡原理來(lái)進(jìn)行行走的。輪軸裝置是大小飛輪、腳踏板與后輪共同組成的，當(dāng)把動(dòng)力作用在軸上就比較費(fèi)力，只有動(dòng)力作用在輪上才可以省力。車(chē)把手省力的方式是阻力臂小于動(dòng)力臂，因?yàn)樗谵D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)是一個(gè)省力杠桿，通過(guò)這種方式可以省力。剎車(chē)閘也是一個(gè)杠桿，利用阻力臂小于動(dòng)力臂的方式進(jìn)行省力。

膠把鋼絲鉗是日常生活維修中的重要工具。它的制造也有效地利用了杠桿原理。膠把是絕緣塑料，對(duì)于觸電事故等事件有預(yù)防作用，同時(shí)膠把表面設(shè)計(jì)了凹凸花紋，能夠有效增加摩擦，防止手滑等使手臂的力量得到最大限度的發(fā)揮。整把鉗利用杠桿原理中的省力杠桿達(dá)到最佳的省力效果。

2.在思考和學(xué)習(xí)方面

在我們的學(xué)習(xí)過(guò)程中，遇到解不開(kāi)的題目時(shí)我們不是一味地悶頭自己死摳，而是會(huì)求助于周?chē)鷥?yōu)秀的同學(xué)或者老師來(lái)幫我們進(jìn)行解答，這也是利用了杠桿原理。萬(wàn)事萬(wàn)物都有自己的規(guī)律，我們不是自己親身去摸索實(shí)踐和探路，而是利用前人已經(jīng)探索出來(lái)的已經(jīng)被證實(shí)了的正確規(guī)律，采用拿來(lái)主義為我所用。比如學(xué)習(xí)和高考，已經(jīng)有很多優(yōu)秀的學(xué)習(xí)方法和解題規(guī)律，我們要積極地學(xué)習(xí)和采用。

在現(xiàn)代發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)社會(huì)，日常生活中我們有疑問(wèn)和問(wèn)題時(shí)我們都會(huì)利用電腦或者手機(jī)通過(guò)百度谷歌等搜索方式進(jìn)行查看。有一個(gè)詞叫做“搜商”，就是在眾多的網(wǎng)絡(luò)信息中進(jìn)行搜索和整合從而迅速找到自己需要的資料的能力。這也是杠桿原理在信息社會(huì)中的應(yīng)用和發(fā)展。

3.在體育訓(xùn)練方面

在體育各項(xiàng)目中極大地利用了杠桿原理來(lái)省力，在體育訓(xùn)練上一樣采用了杠桿原理通過(guò)加大阻力臂縮小力臂或者縮短阻力臂和加大力臂來(lái)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)效果。因?yàn)榱Ρ墼介L(zhǎng)就使發(fā)出的動(dòng)力可以更多地克服阻力，縮短阻力臂同理。在生活中我們都有這樣的體會(huì)，在提水的時(shí)候，水桶越靠近身體越省力氣，水桶離身體越遠(yuǎn)越吃力，這是因?yàn)樗半x身體近時(shí)阻力臂比較小從而更省力，水桶離身體遠(yuǎn)的時(shí)候阻力臂就比較大。同時(shí)，我們?cè)诼?lián)系舉重提拉杠鈴時(shí)，要特別注意讓杠鈴離身體盡可能地貼近，從而使阻力臂縮短。利用省下來(lái)的力量可以舉起更重的杠鈴。

練習(xí)肌肉力量的重要方法之一是發(fā)展肌肉力量，利用杠桿原理通過(guò)加大阻力或者增加阻力臂的超量聯(lián)系可以達(dá)到這一目的。利用仰臥起坐可以訓(xùn)練骼腰肌和腹肌，把手放在頭上所達(dá)到的訓(xùn)練效果要超過(guò)手放在腦前，因?yàn)榍罢叩难∝?fù)荷量比較大，所以達(dá)到的訓(xùn)練效果就更好，因?yàn)槭直矍恍厍昂褪直鄯旁谏砼运惺艿呢?fù)荷不同。根據(jù)同樣道理，伸膝舉腿會(huì)使腰肌和骼腰肌承受更大的負(fù)荷，比屈膝舉腿更好地訓(xùn)練骼腰肌和腰肌，即肋木舉腿。

三、結(jié)束語(yǔ)

杠桿原理是日常生活中比較常見(jiàn)常用的簡(jiǎn)單機(jī)械，理解杠桿原理中的支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力及動(dòng)力臂，并能理解省力杠桿和費(fèi)力杠桿及等臂杠桿在生活中的使用，利用杠桿原理分析解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問(wèn)題，努力做到省時(shí)省力，對(duì)我們具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]徐博文.中國(guó)傳統(tǒng)器具設(shè)計(jì)中杠桿原理的運(yùn)用[J].南京藝術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)（美術(shù)與設(shè)計(jì)）， 2005（2）：92-94

[2]裴旭海.杠桿原理在整脊手法中的應(yīng)用[J].中醫(yī)正骨，2014， 26（6）：68-69

[3]王壽文.淺論杠桿原理在體育教學(xué)訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)， 1988（4）：30-31

[4]李海軍.速度杠桿原理在推鉛球最后用力技術(shù)中的應(yīng)用分析[J].當(dāng)代體育科技，2015， 5（15）：29-30