杠杆原理[下载]

剪刀、起子、镊子、筷子、钳子、杆秤......这些工具都用到了杠杆原理。利用杠杆原理，我们可以用很小的力撬起很重的物体，也可以把短距离移动放大为长距离移动。正因如此，杠杆原理在我们生活中的应用十分广泛。
据说，最早发现杠杆原理的是古希腊的阿基米德。他曾经说过：“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”阿基米德是十分中意于这种用途广泛的杠杆原理，他的研究不仅仅停留在理论方面，而且据此原理还进行了一系列的发明创造。据说，他曾经借助杠杆和滑轮组，使停放在沙滩上的船只顺利下水，在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中，阿基米德利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器，利用它射出各种投掷攻击敌人。
在杠杆原理中，我们把杠杆固定的旋转点称为“支点”。要想举起重物，就要把支点置于尽量靠近物体的地方。例如，在撬动地球仪的场合，假设人施加力的点（动力点）与支点之间的距离达到支点与使物体移动的点（阻力点）之间距离的五倍。那么，要想撬起地球仪，只需要用地球仪五分之一重量（重力）的力按压木板即可。
你可能觉得通过杠杆原理就能用轻微的力气撬起物体，不会吃什么亏，只有好处而没有坏处。但其实并非如此，如果你想靠施加很小的力就撬起重物，那么相应地，持续施力的距离就要加大。在撬动地球仪的例子中，你就不得不用地球仪移动距离的五倍幅度来按压木板。
反过来说，把支点置于动力点的附近，结果又会如何？虽说撬起物体花费了很大的力，但是物体移动的距离就能比按压木板的距离长。换言之，如果此时迅速地按压木板，物体的移动速度也就可以随之迅速增加。古代战争中使用的投石机就利用了这个性质，将石块投到了很远的地方。
将杠杆原理看作以支点为中心的旋转运动，就比较容易理解了。动力点或阻力点的移动距离是由以支点为中心的圆的半径决定的。半径越长，这个点移动的距离就越长，因为这个点就得沿半径更长的圆移动了。
距离变化的同时，也伴随着力的增减。这是因为单纯的杠杆原理是通过以下公式成立的：作用于动力点的力乘以动力点移动的距离等于作用于阻力点的力乘以阻力点移动的距离。“力乘以力作用的距离”在物理学中叫做“功”（能量），即人做的功和物体被做的功是相等的（能量守恒定律）。
换言之，利用杠杆原理撬起重物，或使物体发生长距离移动，人花费的能量跟直接使其移动所需的能量是相同的。