【矩道物理】物理学故事系列之二：给我一个支点，我就能翘起地球

“给我一个支点，我就能翘起地球。”这句话相传是阿基米德的名言，形容杠杆的作用之大。

人类很早以前就使用杠杆了。在埃及，公元前一千五百年前左右，就有人用杠杆来抬起重物，不过人们不知道它的道理。阿基米德潜心研究了这个现象并发现了杠杆原理。

当时的赫农王为埃及国王制造了一条船，体积大，相当重，因为不能挪动，搁浅在海岸上很多天。赫农王让阿基米德解决这一难题，阿基米德满口答应下来。他设计了一套复杂的杠杆滑轮系统安装在船上，将绳索的一端交到赫农王手上。赫农王轻轻拉动绳索，奇迹出现了，大船缓缓地移动起来，最终下到了海里。这就是用杠杆原理解决实际问题的例子。

那我们怎么描述杠杆呢？

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。在杠杆的使用中，杠杆的平衡状态是一种非常重要的状态。要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等。

下面我们通过矩道物理虚拟实验来探究杠杆的平衡条件。

首先，我们先调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。我们让杠杆在水平状态达到平衡，目的是为了能直接从杠杆标尺上读出力臂的大小。

接着，我们再杠杆的一侧挂上一定数量的钩码，然后在另一侧某一位置用弹簧测力计竖直拉动杠杆，使杠杆重新在水平位置平衡。读出弹簧测力计示数。

改变动力、动力臂，相应调节阻力及阻力臂，多做几次实验。

经过在物理融合创新实验室中的探究，通过多组实验数据的分析，我们发现杠杆的平衡条件就是：

动力×动力臂=阻力×阻力臂。

这就是阿基米德发现的杠杆原理。阿基米德对杠杆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，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，利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人，曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。

其实，早在战国时代，墨家学派的创始人墨子就已经提出了杠杆原理。在《墨子·经下》中说“衡而必正，说在得”；“衡，加重于其一旁，必捶，权重不相若也，相衡，则本短标长，两加焉，重相若，则标必下，标得权也”。这两条对杠杆的平衡说得很全面。

在我们的生活中有很多杠杆。杠杆分为等臂杠杆，省力杠杆和费力杠杆。

等臂杠杆就是动力臂与阻力臂相等的杠杆，天平就是一种等臂杠杆。接下来，我们在物理仿真实验室中观察物理天平的结构。

省力杠杆的动力臂比阻力臂要长，只要用很小的力就能撬动很重的物体。这就是阿基米德“只要给我一个支点，我就能翘起地球”这句名言的由来。这类杠杆虽然省了力，但是动力作用点移动的距离却要比阻力作用点移动的距离大。像老虎钳，拔钉子用的羊角锤，独轮车等都是省力杠杆。

费力杠杆的动力臂比阻力臂短，动力比阻力大，所以这类杠杆叫做费力杠杆。这类杠杆虽然费力，但却省了距离。像赛艇的船桨就是费力杠杆。划桨时，手加在桨上的力比水对桨的阻力大，但是手只要移动较小的距离，就能使桨在水中移动较大的距离。