登陆注册
10905600000014

第14章 对杠杆原理的运用

物理学中把在力的作用下可以围绕固定点转动的坚硬物体叫做杠杆。它是简单机械的一种。我国先民很早就掌握了杠杆原理,并把它运用到生活、生产实践中。

古代先民认识到,要使杠杆达到平衡,动力和阻力就要均衡或都处于静止状态,并且知道延长力臂可以增大力量。

孔子的弟子子贡南游楚国,从晋国返回,经过汉阴,看到一位老人正在为菜圃灌溉。他挖了一条深深的甬道通到井水边,抱着一个大瓦罐来回取水,费神费力,却是事倍功半。

子贡对老人说:“我知道有一种机械,一天可以灌溉百亩田地,用力极少而功效显著,难道您不想试试这种奇妙的东西么?”

老人从甬道中抬起头来看看子贡,问道:“这种机械是怎么样的呢?”

子贡答道:“用凿子钻通木杠,做成机枢,后端较重而前端较轻,用这种工具取水就如同用管子抽取井水一般便利,安逸省力,好像从锅里舀出开水。这个好东西的名字叫做‘槔’!”

老人听完子贡的话,既怒且笑,说:“我的师傅告诉我,使用机械必然要使用机关枢纽,研究机关枢纽必然要具备机心。一个人的胸中存了机心,心地便不再纯朴,心地不够纯朴则心神不能安定。而心神不定的状态,不是自然之道所追求的状态。像你说的那种机械,我不是不懂,只是羞于使用而已。”

子贡听了老人的话,垂头不言。

杠杆是最简单的机械,杠杆的使用或许可以追溯至原始人时期。当原始人拾起一根棍棒和野兽搏斗,或用它撬动一块巨石时,他们实际上就是在使用杠杆原理。

石器时代人们所用的石刃、石斧,都用天然绳索把它们和木柄捆束在一起;或者在石器上凿孔,装上木柄。这表明他们在实践中懂得了杠杆的经验法则:延长力臂可以增大力量。

杠杆在我国的典型发展是秤的发明和它的广泛应用。在一根杠杆上安装吊绳作为支点,一端挂上重物,另一端挂上砝码或秤锤,就可以称量物体的重量。

南朝宋时的画家张僧繇所绘的《二十八宿神像图》中,就有一人手执一根有多个支点的秤。

可变换支点的秤是我国古代劳动人民在杆秤上的重大发明,表明了我国古人在实际上已经完全掌握了杆秤的原理。

《汉书·律历志》记载:权与物钧而生衡。权又名秤锤,它如果与所需衡量的物品重量相同,等臂秤就会平而不斜。

《史记·仲夷弟子列传》记载:“千钧之重,加铢两而移。”“移”字表示在秤杆上终移动权的位置。从这些文字记载看来,最迟在春秋时期已有各种类型的衡器。

迄今为止,考古发掘的最早的秤是在湖南省长沙附近左家公山上战国时期楚墓中的天平。它是公元前4世纪至公元前3世纪的制品,是个等臂秤。不等臂秤可能早在春秋时期就已经使用了。

唐宋时期,民间出现一种铢秤,它有两个支点即两根提绳,可以不需置换秤杆,就可称量不同重量的物体。

我国古人还发明了有两个支点的秤,俗称“铢秤”。使用这种秤,变动支点而不需要换秤杆就可以称量比较重的物体。这是我国人在衡器上的重大发明之一,也表明我国先民在实践中完全掌握了杠杆原理。

《墨经》一书最早记述了秤的杠杆原理。《墨经》把秤的支点到重物一端的距离称作“本”,今天通常称“重臂”;把支点到杆一端的距离称作“标”,今天称“力臂”。

《墨经·经下》记载:称重物时秤杆之所以会平衡,原因是“本”短“标”长。

它指出,第一,当重物和权相等而衡器平衡时,如果加重物在衡器的一端,重物端必定下垂;第二,如果因为加上重物而衡器平衡,那是本短标长的缘故;第三,如果在本短标长的衡器两端加上重量相等的物体,那么标端必下垂。

墨家在这里把杠杆平衡的各种情形都讨论了。他们既考虑了“本”和“标”相等的平衡,也考虑了“本”和“标”不相等的平衡;既注意到杠杆两端的力,也注意到力和作用点之间的距离大小。

虽然他们没有给我们留下定量的数字关系,但这些文字记述肯定是墨家亲身实验的结果,它比阿基米德发现杠杆原理要早约200年。

桔槔也是杠杆的一种。它是古代的取水工具。作为取水工具,一般用它改变力的方向。为其他目的使用时,也可以改变力的大小,只要把桔槔的长臂端当做人施加力的一端就行。

桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆,当中是支点,末端悬挂一个重物,前端悬挂水桶。一起一落,取水可以省力。当人把水桶放入水中打满水以后,由于杠杆末端的重力作用,便能轻易把水提拉至所需处。

桔槔早在春秋时期就已相当普遍。春秋战国时使用桔槔的地区主要是经济比较发达的鲁、卫、郑等国。

桔槔的结构,相当于一个普通的杠杆。在其横长杆的中间由竖木支撑或悬吊起来,横杆的一端用一根直杆与汲器相连,另一端绑上或悬上一块重石头。

当不汲水时,石头位置较低;当要汲水时,人则用力将直杆与汲器往下压。

与此同时,另一端石头的位置则上升。当汲器汲满后,就让另一端石头下降,石头原来所储存的位能因而转化,通过杠杆作用,就可能将汲器提升。这样,汲水过程的主要用力方向是向下。

这种提水工具,由于向下用力可以借助人的体重,因而给人以轻松的感觉,也就大大减少了人们提水的疲劳程度。

桔槔延续了几千年,是我国古代社会的一种主要灌溉机械。这种简单的汲水工具虽简单,但它使劳动人民的劳动强度得以减轻。

同类推荐
  • 科学博物馆

    科学博物馆

    台湾国立自然科学博物馆位于馆前路,健行路、西屯路、三中路交会处,是国内第一座科学博物馆,属十二项建设“文化建设”之一,占地广大。全馆拥有最现代化的科学设备,规模可与其他先进国家比美。馆内可分科学中心、太空剧场、立体剧场、资讯大楼、生命科学厅、中国科学厅、地球环境厅等建筑,馆内的陈设结合科学资讯与声光效果,达到寓教于乐的效果。太空剧场是一个内部倾斜30度的半球体空间,全天候影片放映,身历其境的感受,是最受游客欢迎的项目之一。
  • 地里万千

    地里万千

    《我的第一本探索书:地理万千》对地球的构造以及著名山脉、冰川、盆地的形成进行了细致的展示,对生态资源、人文环境、地球资源等方面的情况作了详尽的介绍。
  • 地理探究

    地理探究

    本书主要指地学历史与地理科技。包括先秦两汉时期的地理学成就;魏晋南北朝时期的地理学成就;唐宋时期的地理学成就;元明时期的地理学成就;清代地理学成就;《中国古代地理学》(地理科技历史、石器时代地理知识、夏、商时期地理知识、周代地理知识、先秦测量和地图记载马王堆汉墓出土地图、僧一行及其子午线测量、贾耽及《海内华夷图》宋元舆图张骞、班超通西域等)。
  • 破译神奇地理之谜(破译奥秘大世界丛书)

    破译神奇地理之谜(破译奥秘大世界丛书)

    神奇的地球地球曾有过光环吗人类觉察到太阳系行星上的光环,可能是300年以前的事。17世纪,科学家伽利略首先从天文望远镜里看到土星周围闪耀着一条明亮的光环。后来,人们又用天文望远镜观察了太阳系的其他行星,数百年过去了,也没有听说它们周围出现光环。
  • 海啸防范与自救

    海啸防范与自救

    自然灾害无处不在,无时不在,迄今为止.人类还没有能力阻止它的发生和带来的损害。大多数人在突然遭遇自然灾难时会彻底崩溃,他们或哭泣、或尖叫.却不知此时是需要迅速行动的最关键时刻。只有少数人能保持冷静。利用自己所学的灾害自救知识,并迅速采取行动脱离险境、减小损害。因此,如果幸运的你还没有亲身经历过自然灾难,请千万不要掉以轻心,因为我们谁也无法预料自己会在何时遇到何种灾难。
热门推荐
  • TFBOYS之载着梦想启航

    TFBOYS之载着梦想启航

    绯闻算什么,陆小校花风羽晴是风靡校园的“绯闻缠身人物”,没有当明星都粉丝爆棚,绯闻满天飞,就是因为这些绯闻,展开了一场动人的恋爱故事。
  • 汝乃吾的也吾乃汝的也

    汝乃吾的也吾乃汝的也

    “来,跟为师念,汝乃吾的也吾乃汝的也……”某男手里拿着书,却又不看,自顾自的瞎念道。“汝乃窝的也窝乃汝的也……”某女一本正经的跟着念。此时,他们两人的正上放却出现几条文字:“恭喜玩家玟叶飞盈and陌念公子结为情侣,他(她)们将一起面临以后……”“该死!陌念!你竟然坑我!”某女掀桌。某男却很无辜,两手一摊道:“我没坑你啊,你看现在不是干什么都经验双倍了吗?极品宠物也得到了!精美服饰不也有嘛!”“……”
  • 如果有你在那儿

    如果有你在那儿

    你知道吗?我一直在你身边陪你,只是你从没有发现过我,我好想紧紧抱着你,永远都不放手。我爱你,爱得那么辛苦.郝元宵和苏辰。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
  • TFBOYS之世家情缘续

    TFBOYS之世家情缘续

    此书为TFBOYS之世家情缘之后的续集,是小雅继TFBOYS之世家情缘后写的一本小说,这本书将会继续六人的情缘,可儿在服装设计师大赛中顺利夺魁!而艾雪儿又会想出什么样的招数来与可儿斗智斗勇,可儿肚子中的宝宝能不能顺利生下来……刘浩和龙泽浩都喜欢可儿,两人又会怎么与千玺争夺可儿。柳振天(冰恋的外公)乱点鸳鸯,又会怎么样拆散恋和小凯,对此,墨寒修又会想出怎么样的招数,一次意外出现,恋失去了记忆,之后的事情,又怎么样了呢?蝶和王源的爱恋又是否能够长久,大家敬请期待!如果没有看过TFBOYS之世家情缘的书迷们,可以先去阅读TFBOYS之世家情缘!作者:雅稚!
  • 被宇宙通缉的流浪汉

    被宇宙通缉的流浪汉

    张濂穿越到了未来的宇宙世界,在经历了要饭,拾荒,偷窃,抢劫之后,终于成为了宇宙中人见人恨,世人的而诛之的大流浪汉……
  • 涅槃神戒

    涅槃神戒

    一枚神奇的戒指,藏着一个神秘的灵魂。一套奇怪的功法,写着一段怎样的传说。面对种种意外与选择,他会如何抉择?他又将如何自处?
  • 职场启示录:掌握职场生存的80个成功智慧

    职场启示录:掌握职场生存的80个成功智慧

    战场上,不打无准备之仗,同理,职场中,亦不能盲目做事。上战场前不做足准备,就可能兵败被俘;入职场前不做足功课,就可能人生失意。如果你不希望自已拥有一个失意的人生,那就首先要努力地创造职场上的辉煌。即使是只想职场生存,也需要一定的智慧。本书就从每个职场人都会遇到的种种情况入手,帮助大家寻求到解决同类问题的有效方法,告诫大家绕开职场生存的种种禁忌,从而使大家能够在职场中站稳脚,进而在职场中胜出。
  • 凤凰盟

    凤凰盟

    有些记忆一直存在心间,但若不去打扰,它终究也只是过往而已……有些记忆明明已经忘却,但一旦掀开,确实山崩地裂,永远也忘不掉.......
  • 踏天道尊

    踏天道尊

    天地无极逆阴阳,乱天动地镇边荒,仗戟九尺闯三界,登天问道屠仙魔。盘古开天,女娲补天,仙界掌控苍生。浩瀚天威之下,试问谁敢逆天而上。一位天外来客,一道远古传承。终将劈开这天,让一切真相还原天地。
  • 双生之罪

    双生之罪

    两起毫无关联的谋杀,同一个行踪诡秘的凶手,警察与学者联手,不料坠入重重陷阱。分裂的灵魂,复仇的火焰,新生的轮回,谁用鲜血祭奠,谁又走上死亡的神坛。你欠我的终归要还。这是一个人性的故事,黑白对错,都无绝对。