杠杆天平(动画版)
古希腊大科学家“阿基米德”就曾经说过:“给我一根杠杆,我能撬动整个地球。”下面我们就来一起看看吧。
杠杆的力量
为什么阿基米德说给我一个支点就能撬动一个地球呢?我们首先需要了解什么是杠杆?
猜一猜这是什么呢?
像这样一根棍子,就是一个杠杆。
了解一下什么是“杠杆”?
以下都是杠杆
扁担
针头
只要是一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点“O”转动,这根硬棒就是杠杆。
了解一下什么是“杠杆”?
生活中的杠杆
啤酒开瓶器 啤酒开瓶器
跷跷板 跷跷板
铡刀
在了解杠杆的作用前,我们首先来了解几个和杠杆有关的新名词。
新名词 新名词
第一个词叫做“支点”。支点就是杠杆能绕其转动的点。一般用字母“O”来表示。
支点
什么是“支点”? 什么是“支点”?
第二个词,“动力”,使杠杆转动的力,就叫做动力。记做“F1”。
动力
什么是“动力”?
第三个词,“阻力”。也就是阻碍杠杆转动的力。记做“F2”。
阻力
什么是“阻力”?
从支点O到动力F1作用线的距离,记为“L1”。最后一个叫做“阻力臂”。也就是从支点O到阻力F2作用线的距离。记做“L2”。
动力臂。
什么是“动力臂”和“阻力臂”? 什么是“动力臂”和“阻力臂”?
比如用这根杠杆撬动石头的时候,这个固定的点,就是支点,驱使它转动的力就是人对杆的压力。所以这个力就是动力。石头对杠杆的压力,就是阻碍杠杆转动的力。也就是阻力。那么从支点到人对杠杆压力的作用线的距离,就是动力臂L1啦。而从支点到石头对杠杆的阻力的作用线的距离,就是阻力臂L2啦。
例如:“杠杆撬石头”
再比如这个启瓶器。使用的时候,这个点,就是支点。人对它向上的力,就是动力。瓶盖对它向下的力就是阻力。所以,从支点到动力的作用线的距离,就是动力臂L1。而从支点到阻力的作用线的距离,就是阻力臂L2。
例如:“启瓶器”
杠杆的平衡条件是什么呢?
观察一下,杠杆在处于平衡时,动力,阻力,动力臂,阻力臂,之间,又有怎样的关系呢?
下面我们做实验探究下
实验原理
第一步,在杠杆左侧第四个孔上,挂上一个勾码
右侧用四个
然后移动右侧勾码的位置
使杠杆重新平衡
这时,杠杆两侧受到的作用力
就等于各自勾码所受的重力。 就等于各自勾码所受的重力
我们把左边受到的力
那右边的就是阻力了。 那右边的就是阻力了。
计算出左侧勾码对杠杆施加的力为动力F1,F1=1。
右侧勾码对杠杆施加的力为阻力F2,F2等于4。
再测出杠杆平衡时的动力臂L1和阻力臂L2
L1等于4,L2等于1。
我们先将数据记录下来
然后我们再来实验一次,这次我们先来改变动力F1
和动力臂L1的大小
这次就用两个勾码吧
把它挂在离支点第五个孔里。 把它挂在离支点第五个孔里。
相应的,调节阻力F2
阻力臂L2
这边就用五个勾码
调节它的位置
使杠杆重新平衡
这时候的动力F1等于2,动力臂是5,阻力F2等于5,阻力臂L2是2,同样做好记录。
然后我们多做几次实验,把实验结果都记录下来,现在已经有足够多的数据了看看能不能知道杠杆的秘密。
记录实验结果 记录实验结果
我们重新设定一个勾码为0.5,那么第一组数据变成了动力是0.5,动力臂是4,阻力是2,阻力臂是1。0.5+4≠2+1所以第一个式子是错的。0.5乘4等于2乘以1,式二是对的。真的是这样吗?我们将剩下的数据都来验算一下。结果都是惊人的相同。
重新设定实验 重新设定实验
重新设定实验
每组数据都满足动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。看来这就是杠杆平衡的条件啦。真是令人激动。快来看看如何运用这个秘密为我们服务吧。
实验结果:1
实验结果:2
比如用这样的一根杠杆来撬动大石头的时候。石头对杆的压力,也就是阻力F2是1500牛。阻力臂是0.5米。现在我施加竖直向下的力,让这个杠杆平衡。这时的动力臂是1.5米。那么我施加的这个竖直向下的力,是多少呢?
实验拓展:1
根据杠杆平衡条件,动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,F1乘1.5等于1500乘以0.5,就可以得出答案F1等于500牛啦,跟1500牛相比,500牛可小多了。由于使用了杠杆,大大减小了我们所需要用的力呀。
实验拓展:2
下面,让我们看看生活中省力杠杆有哪些?
这样的杠杆被称为“省力杠杆”。列如撬棒,榔头起钉器,就是省力杠杆。
让我们再来看这样的一根杠杆,支点在杠杆中心,我们用这样的一根杠杆来撬动大石头的时候,石头对杆的压力,也就是阻力F2是1500牛。阻力臂是1米。现在我施加竖直向下的力,让这个杠杆平衡。这时的动力臂也是1米。那么我施加的这个竖直向下的力,是多少呢?
下面,让我们看看生活中等臂杠杆有哪些?
根据杠杆平衡条件,动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂。F1乘1等于1500乘以1。就可以得出答案F1等于1500牛啦。1500牛和1500牛。既没有减少也没有增加。这样的杠杆被称为“等臂杠杆”。
动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂
既没有减少也没有增加。这样的杠杆被称为“等臂杠杆”。
下面,让我们看看生活中等臂杠杆有哪些?
例如天平,跷跷板,就是典型的等臂杠杆啦。