杠杆是一种简单机械。在力的作用下,如果能绕着一固定点转动的硬棒就叫做杠杆。
阿基米德在他的《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成“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。这些公理包括以下内容:
在无重量的杠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。
在无重量的杠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。
在无重量的杠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。
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;似图形的重心以相似的方式分布……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并不仅仅停留在理论层面,他还据此原理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船顺利下水。在保卫叙拉古免受罗马海军侵袭的战斗中,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长达3年之久。
在我国历史上也有关于杠杆的记载。早在战国时代,墨家就曾经总结过这方面的规律,在《墨经》中就有两条专门记载杠杆原理的。里面有等臂的,有不等臂的;有改变两端重量使它偏动的,还有改变两臂长度使它偏动的。这样全面的记载,在世界物理学史上是非常有价值的。
杠杆不一定必须是直的,在生活中根据实际需要,杠杆可以制作成直的,也可以制作成弯的,但必须保证是硬棒。滑轮也是一种变形的杠杆,并且定滑轮是一种等臂杠杆,动滑轮是一种动力臂是阻力臂2倍的杠杆。
杠杆绕着转动的固定点叫做杠杆的支点;使杠杆转动的力叫做动力;施力的点叫动力作用点;阻碍杠杆转动的力叫做阻力;施力的点叫阻力作用点;当动力和阻力对杠杆的转动效果相互抵消时,杠杆会处于平衡状态,这种状态叫做杠杆平衡。
在日常生活中,杠杆可能省力,也可能费力,也可能既不省力也不费力。这要看力点和支点的距离:力点离支点越远则越省力,越近就越费力;还要看重点(阻力点)和支点的距离:重点离支点越近越省力,越远就越费力;如果重点、力点距离支点一样远,就既不省力也不费力,只是改变了用力的方向。
生活中的费力杠杆如剪刀、钉锤、拔钉器等;省力杠杆如开瓶器、榨汁器、胡桃钳等。既不省力也不费力的杠杆如定滑轮、天平等。