杠杆的分类及应用

2015-08-30 08:09杜英杰
关键词:开瓶器费力省力

杜英杰

杠杆在古代就已被大量应用,如战国时期的《墨经》一书中就记载了秤的杠杆原理.人类使用杠杆的目的不外乎三种:省力、省距离和改变用力的方向,因此我们可以把杠杆分为省力杠杆、费力杠杆和等臂杠杆三类.

省力杠杆与应用

根据杠杆的平衡条件“动力×动力臂:阻力×阻力臂”可知,在杠杆平衡时,动力臂是阻力臂的几倍,动力就是阻力的几分之一,凡是省力的杠杆.其动力臂(ι1)都大于阻力臂(ι2).在物理学中我们把这类动力臂(ι1)大于阻力臂(ι2)的杠杆叫作省力杠杆,

图l是工人使用撬棒移动石头的示意图.当工人往下按压撬棒时.石头在另一端就会被撬起.工人只需要使用较小的力就可以移动很重的石头,这是因为工人在移动石头时.手臂要移动较长的距离.我们画出撬棒的受力示意图,如图2.可以看出撬棒的动力臂为ι1,阻力臂为ι2,显然ι1>ι2,即动力臂大于阻力臂,所以撬棒是一个省力杠杆.

在生活中,类似的如扳手、钳子、拔钉器、铁皮剪刀、钢丝钳等,这类杠杆的特点都是动力臂大于阻力臂,它们都是省力杠杆,但在使用省力杠杆时,一定是费了更长的距离.

例1 我们直接用手很难将啤酒瓶盖打开.但如果借用开瓶器就容易多了.我们生活中常用的开瓶器是一个______(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆,

解析:如图3所示是用开瓶器开啤酒瓶盖的用力示意图.我们稍微向上用力.瓶盖就轻易被打开.画出开瓶器的受力示意图,如图4所示,从图中看出,O为支点,开瓶器的动力臂为ι1,阻力臂为ι2,显然ιl>ι2,即动力臂大于阻力臂,故开瓶器是一个省力杠杆.

答案:省力

费力杠杆与应用

根据杠杆的平衡条件可知,在杠杆平衡时.如果动力臂小于阻力臂,则动力一定大于阻力.这样的杠杆虽然费了力,但省了距离.在物理学中我们把这类动力臂(ι1)小于阻力臂(ι2)的杠杆叫作费力杠杆.

鱼竿就是一个费力杠杆,在钓鱼时,双手只需移动很短的一段距离,鱼儿就可以移动很长的距离,如图5.画出鱼竿的受力示意图,如图6所示.鱼竿的动力臂为ι1,阻力臂为ι2,显然ι1<ι2,即动力臂小于阻力臂,但动力大于阻力.

生活中,如镊子、筷子、手臂、扇子、起重机等都是费力杠杆,这类杠杆的特点是动力臂比阻力臂短.动力比阻力大,虽然使用时费力,但省了距离.

例2使用现代化的机械大大提高了生产效率.在生产中常常要搬运质量很大的物体,用手直接去搬运非常困难,有了起重机就容易多了.起重机是一个______(填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆.

解析:图7是一台起重机工作时的受力示意图.由图可以看出,O点是支点.吊臂的动力臂为ι1,阻力臂为ι2,ι1<ι2.在需要吊起货物进行工作时.只需要液压杆向上移动一小段距离,就可以推动整个长长的吊臂升起,省了距离,但是.在吊起重物的过程中,液压杆却要提供比货物和吊臂自身所受重力更大的力才能将其推起,在提升货物的过程中,液压杆也承受着比货物和自身所受重力更大的力.因此.起重机是一个费力杠杆.

答案:费力

等臂杠杆与应用

根据杠杆的平衡条件可知.在杠杆平衡时.如果动力臂等于阻力臂,则动力一定等于阻力,这样的杠杆既不省力,也不省距离,但能改变力的方向.物理学中把这类动力臂(ι1)等于阻力臂(ι2)的杠杆叫作等臂杠杆.实验室中经常使刚的人平(如图8)是最常见的等臂杠杆.

学即用,练一练:

1.杠杆在生产、生活中有着广泛的应用,如图9所示的工具中属于费力杠杆的是().

A.①② B.②③ C.①③

D.①④

2.阿基米德曾说:“给我一个支点,我将撬起整个地球.”在如图10所示的杠杆中,与阿基米德设想的杠杆属于同一类型的是().

3。生活中经常用到的剪刀是一对杠杆,如图1 1所示的剪刀,在使用时最能省力的是().

参考答案:1.B

2.C

3.Bendprint

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