登陆注册
6709400000014

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
  • 千姿百态的海洋生物

    千姿百态的海洋生物

    每当我们在岸边捡着浪潮送来的贝壳,望着一望无际,时而波涛汹涌,时而风平浪静的海洋的时候,总是在想蔚蓝色的海水下,到底生活着哪些生物?是否有高度文明的“海底人”?又是否真有美人鱼?提到“一闪一闪”、“灿烂的光芒”这些词时,我们会想到晴朗的夜空,眨眼的星星。其实在海底也会有这种现象,海底的鱼也会常常发出灿烂的光芒,这又是怎么一回事昵?众多的海洋之谜,等待我们来揭开。因此,我们要不断向前,勇敢攀登科学高峰。
  • 瞬息万变的海洋灾难

    瞬息万变的海洋灾难

    海洋——生命的摇篮,海洋为地球上生命的诞生与繁衍提供了必要的条件地球上的生命诞生于海洋,海洋对人类的生存和发展有着重要作用,海洋对于人类社会的过去和现在都产生了重要影响,它将继续影响人类社会的未来..对于海洋,人类已经做了很多:但人类做得还远远不够。海洋的无穷奥秘和未解之谜又说明人类对海洋仍是一知半解。它们只是一部浩瀚巨著的一段引子,期待人们去撰写它丰富多彩的华章。我们更希望它成为一种诱饵,吸引当代青少年,从而开拓我们民族的新视野,在21世纪刻上我们民族的海洋印记!21世纪已经降临,21世纪将是海洋的世纪,也是人类开发、利用海洋的新时代。
  • 实验动物科学与应用

    实验动物科学与应用

    21世纪是生命科学的世纪,生命科学已成为21世纪自然科学的领头学科之一。实验动物科学是现代科学技术的重要组成部分,而实验动物是生命科学的基础和重要支撑条件,是活的试剂,是衡量现代生命科学研究水平的重要标志。生物、医学、制药、化工、农业、环保、航天、商检、军工等研究及检测均离不开实验动物。实验动物作为国家科技基础条件支撑体系的重要组成部分,逐渐发展为一门独立的、全新的、综合性的边缘科学,备受人们关注。
  • 科技万花筒

    科技万花筒

    《我最好奇的108个科学奥秘大发现:科技万花筒(彩图注音百科精华本)》内容简介:奇妙的科技拥有魔术般的神奇力量,让我们的世界充满了奇迹:没有生命的合金为什么会有“记忆”?汽车“不吃不喝”也能纵横天下?神奇的光纤如何传递信息?谁拥有看穿人体的“透视眼”?没有土壤,种子也能生长……科技就是如此充满魔力,上面发生的一切仅仅是个开始!旋转科技万花筒,还有更多奇迹即将上演。下一个出现的会是什么呢?
  • 自然图腾

    自然图腾

    在我国古代,由于人们对大自然的依赖感和神秘感,认为自然现象和自然力存在一种神秘力量在支配,就把它们奉为神灵,并且加以崇拜和祈祷。我国古代自然崇拜的对象极为广泛,包括日月星辰、风雨雷电、河海山川、水火以及动植物类等,主要都是与人类生产和生活直接相关的自然物和自然力。本书主要阐述了人与自然的关系,告诉人们要爱护自然、珍惜自然,特别告诉人们要爱护环境、珍惜环境,做到环保节能地生活。
热门推荐
  • 漫漫人生路之青春岁月

    漫漫人生路之青春岁月

    人生就是一条河,有些河急流湍急,有些河流平缓无奇,也有些河流注定要干涸。读百家书,看百味人生。看我人生路,任凭说!
  • 家里养个狐狸精

    家里养个狐狸精

    一名普通平凡大学生与一名可爱妖艳小狐狸的快乐故事,人、妖情未了,恋恋世间情!
  • 武侠大乱斗之囚龙宝珠

    武侠大乱斗之囚龙宝珠

    推荐武侠大乱斗之囚龙宝珠这是一片由无数个武侠世界所构成的奇幻空间,一位位属于武侠世界的武林高手,将会在这里重新演绎属于他们的精彩,探寻追求那长生不老的奥秘,追求那侠之不朽。幽冥山下,酆都大帝威慑天下;江南烟雨,青衣楼主扑朔迷离‘塞外北丘,北侠郭靖力拒异族’洛都皇城,血衣王侯谋算江湖。东邪,西毒,乔峰,慕容。。。无数英豪英荟萃。。。。当然这些这些并不是最重要的,当古灵精怪的黄蓉,冰心玉洁的小龙女,神仙姐姐王语嫣。。。。无数美女向你走之时,少年,你的心脏是否“砰砰”跳动
  • 我们的青春,不要风

    我们的青春,不要风

    我是一名普通的高中生,可是当他回来,我的青春,就多了一点点酸甜苦辣……青春,是人一生中最美好的时光。在这段美好时光里,不该做点什么吗?我们的青春,不要大风大浪,不要繁华似锦,只要有你们,就够了!笙色星球新创文学‘浪漫樱花号’之《我们的青春,不要风》,让你感受纯洁的爱恋。
  • 道士说

    道士说

    妖魔鬼怪那么多,你真的没有见到过么?世界真的是你看到那个样子么?思想也可以化为有形之物么?一个无良老爸留下的铺子,接踵而来的诡异事件。
  • 流浪者之梦殇

    流浪者之梦殇

    我和椰子姑娘来到这里已经两个多月了,在这个孤独,美丽,惊悚,诡异的小岛上,我们互相依靠,彼此扶持,虽然没有任何危险,但我们依然过得小心翼翼。那次怪兽事件过后,椰子姑娘邀请我和她一起住进了休息室,驾驶室则被我们当了成厨房和储藏室,我们的关系现在变得越来越亲密,但有时,我们也会因为一些小事而吵得不可开交,比如今天早上,当我不小心弄破了她身上那条五颜六色的树叶裙子时,她就发怒了,甚至还有些故意刁难,于是我们开始吵架。
  • 避暑录话

    避暑录话

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。
  • 福妻驾到

    福妻驾到

    现代饭店彪悍老板娘魂穿古代。不分是非的极品婆婆?三年未归生死不明的丈夫?心狠手辣的阴毒亲戚?贪婪而好色的地主老财?吃上顿没下顿的贫困宭境?不怕不怕,神仙相助,一技在手,天下我有!且看现代张悦娘,如何身带福气玩转古代,开面馆、收小弟、左纳财富,右傍美男,共绘幸福生活大好蓝图!!!!快本新书《天媒地聘》已经上架开始销售,只要3.99元即可将整本书抱回家,你还等什么哪,赶紧点击下面的直通车,享受乐乐精心为您准备的美食盛宴吧!)
  • 卓越领导

    卓越领导

    许多人都懂得怎样当一位经理人,他们知道体察上意,照顾下属,并建立起默契的工作团队。他们是组织里优秀的经理人。然而,只是优秀已经足够了吗?难道没有再进一步的成长空间?事实上,只要能向更高一层的领导力效能推进,就可以为自身与组织带来数倍的增长与收获。
  • 羡天缘之泪落成伤

    羡天缘之泪落成伤

    天上的神仙也会恋爱,但是有各自的规律,不可强求。而天篷元帅和杨戬真君,同时爱上了月华仙子,可天命注定天篷和月华是一对,觉得天命不公的杨戬挑战权威..........