杠桿如何工作以及它可以做什么？
杠桿在我們周圍和我們內(nèi)部，因為杠桿的基本物理原理是允許我們的肌腱和肌肉移動我們的四肢。在體內(nèi)，骨骼充當(dāng)梁，關(guān)節(jié)充當(dāng)支點。
根據(jù)傳說，阿基米德（公元前287-212年）曾經(jīng)著名地說過"給我一個地方站立，我將用它移動地球"當(dāng)他發(fā)現(xiàn)杠桿后面的物理原理時。雖然實際移動世界需要一個長長的杠桿，但這種說法是正確的，證明了它可以賦予機械優(yōu)勢。著名的引文歸功于后來的作家亞歷山大的帕普斯阿基米德。阿基米德人可能從來沒有說過它。但是，杠桿的物理特性非常準確。
杠桿如何工作？管理他們行動的原則是什么？
杠桿如何工作？
杠桿是一臺簡單的機器，由兩個材料部件和兩個工作部件組成：
- 梁或?qū)嵭臈U
- 支點或樞軸點
- 輸入力（or努力）
- 輸出力（or負載或電阻）
梁的放置使得它的某些部分靠在支點上。在傳統(tǒng)的杠桿中，支點保持在靜止位置，同時沿著梁的長度在某處施加力。光束然后圍繞支點樞轉(zhuǎn)，在需要移動的某種物體上施加輸出力。
古希臘數(shù)學(xué)家和早期科學(xué)家阿基米德通常被認為是第一個揭示控制杠桿行為的物理原理的人，他用數(shù)學(xué)術(shù)語表達了這一點。
杠桿工作的關(guān)鍵概念是，由于它是一個堅固的梁，那么杠桿一端的總扭矩將表現(xiàn)為另一端的等效扭矩結(jié)束。在將其解釋為一般規(guī)則之前，讓我們看看一個具體的例子。
杠桿上的平衡
想象兩個質(zhì)量平衡在一個支點上的梁上。在這種情況下，我們看到可以測量四個關(guān)鍵數(shù)量（這些也顯示在圖中）：
- M-支點一端的質(zhì)量（輸入力）
- a-支點到M距離>
- M-支點另一端的質(zhì)量（輸出力）
- b-支點到M
這個基本情況說明了這些不同數(shù)量之間的關(guān)系。應(yīng)該指出的冷知識科普是，這是一個理想化的杠桿，所以我們重新考慮梁和支點之間**沒有摩擦的情況，并且沒有其他力量會使平衡失去平衡，就像一個風(fēng)。
從基本尺度來看，這種設(shè)置是最熟悉的，在整個歷史中用于稱量物體。如果距支點的距離相同（數(shù)學(xué)上表示為a=b），那么如果權(quán)重相同（M），杠桿將平衡。=M）。如果您在秤的一端使用已知的重量，當(dāng)杠桿平衡時，您可以輕松地說出秤另一端的重量。
當(dāng)然，當(dāng)a不等于b時，情況變得更加有趣。在這種情況下，阿基米德發(fā)現(xiàn)質(zhì)量的乘積與杠桿兩側(cè)的距離之間存在**的數(shù)學(xué)關(guān)系-實際上是等價關(guān)系：
108 M 109 110 a 111 112 M 113 114 b 115
使用這個公式，我們可以看到，如果我們將杠桿一側(cè)的距離加倍，則需要一半的質(zhì)量來平衡它，例如：
a=2b
Ma=Mb
M（2b）=Mb
2M=M
M=0.5M
這個例子是基于群眾坐在杠桿上的想法，但是群眾可以被任何對杠桿施加物理力的東西所取代，包括推動杠桿的人的手臂。這開始使我們對杠桿的潛在力量有了基本的了解。如果0.5M=1000磅，那么很明顯，只需將桿在該側(cè)的距離加倍，就可以在另一側(cè)以500磅的重量平衡它。如果a=4b，則只能用250磅的力平衡1000磅。
這就是術(shù)語"杠桿"獲得其共同定義的地方，通常在物理領(lǐng)域之外應(yīng)用得很好：使用相對較少的權(quán)力（通常以金錢或影響力的形式）獲得不成比例的更大優(yōu)勢結(jié)果。
杠桿類型
當(dāng)使用杠桿進行工作時，我們不關(guān)注質(zhì)量，而是關(guān)注在杠桿上施加輸入力（稱為努力）并獲得輸出力（稱為負載或電阻）。因此，例如，當(dāng)您使用crowbar抬起指甲時，您正在付出努力來產(chǎn)生輸出阻力，這就是拔出指甲的原因。
杠桿的四個部件可以通過三種基本方式組合在一起，從而產(chǎn)生三類杠桿：
- 1級杠桿：與上面討論的秤一樣，這是一個支點位于輸入力和輸出力之間的配置。
- 2級杠桿：阻力介于輸入力和支點之間，例如在wheelbarrow或開瓶器中。
- 3級杠桿：支點在一端，阻力在另一端，兩者之間努力，例如用一把鑷子。
這些不同配置中的每一種對杠桿提供的機械優(yōu)勢都有不同的影響。理解這一點涉及分解杠桿定律"阿基米德首先正式理解的。
杠桿定律
杠桿的基本數(shù)學(xué)原理是距支點的距離可用于確定輸入力和輸出力如何相互關(guān)聯(lián)。如果我們采用前面的方程來平衡杠桿上的質(zhì)量并將其推廣到輸入力（F）和輸出力（F），我們得到一個基本上說的方程當(dāng)使用杠桿時，扭矩將被保留：
Fa=Fb
這個公式允許我們?yōu)楦軛U的"機械優(yōu)勢"生成一個公式，它是輸入力與輸出力的比值：
機械優(yōu)勢=232>a/b=F/F
在前面的例子中，其中a=2b，機械優(yōu)勢為2，這意味著可以使用500磅的努力來平衡1000磅的阻力。
機械優(yōu)勢取決于a與b的比率。對于1級杠桿，可以以任何方式進行配置，但2級和3級杠桿對a和b的值施加約束。
- 對于2級杠桿，阻力在努力和支點之間，這意味著ab。因此，2級杠桿的機械優(yōu)勢總是大于1.
- 對于3級杠桿，阻力和支點之間的努力意味著nga>b。因此，3級杠桿的機械優(yōu)勢總是小于1.
真正的杠桿
這些等式代表了杠桿如何工作的理想模型。理想化的情況有兩個基本的假設(shè)，可以在現(xiàn)實世界中丟棄東西：
- 梁是完全筆直和不靈活的，支點與梁沒有摩擦
即使在**的現(xiàn)實世界中，這些也只是大致正確的。支點可以設(shè)計成具有非常低的摩擦，但它幾乎永遠不會在機械杠桿中具有零摩擦。只要梁與支點接觸，就會產(chǎn)生某種摩擦。
也許更成問題的是假設(shè)梁是完全筆直和不靈活的?；叵胍幌挛覀兪褂?50磅重來平衡1000磅重的早期案例。在這種情況下，支點必須支撐所有的重量而不會下垂或斷裂。這取決于所使用的材料是否合理。
了解杠桿是各種領(lǐng)域的有用技能，從機械工程的技術(shù)方面到開發(fā)自己**的健美方案。
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