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
  • 当代世界科技创新与发展问题研究

    当代世界科技创新与发展问题研究

    本书介绍了世界各主要国家依靠科技创新实现经济崛起的路径,还搜集了相关数据,作为例证,便于研究掌握世界各主要国家和地区的经济科技发展情况。
  • 科学大讲堂

    科学大讲堂

    《科学大讲堂:中小学生必会的科普新知》讲述了:对生活中的自然现象、事物保持好奇心和探索欲,孩子的观察力会变得更为敏锐、细致;如果尝试着了解这些现象背后的秘密,不但能提高孩子的理解能力,而且还可以丰富他们的知识储备。《科学大讲堂:中小学生必会的科普新知》能满足孩子们的好奇心、培养孩子们的思维能力,激发他们的想象力和探索世界的潜能。
  • 中国古代科技大观

    中国古代科技大观

    从世界古代文明发展史看,中国早期的文明是落后于古巴比伦、古埃及以至古希腊的。但是,到公元前21世纪,充满智慧的中国人发明了青铜冶炼和生铁冶铸技术,加快了文明发展的速度,所以发展到公元前三四世纪,中国的科学技术开始达到世界先进水平,开始创造出工业史上、医学史上、天文史上等等一系列璀璨的文明硕果。
  • 在科技馆听讲座

    在科技馆听讲座

    本书将我国部分专家、学者在山西省科学技术馆创办的“星期日知识讲座”公益课堂上的讲演稿编辑整理汇集在一起。内容包括:山西历史、文物保护、民俗文化、晋商、家庭教育、儒家文化与传统教育、傅山研究、个人激励与自我成才、防震减灾、环境保护等等。
  • 动物科学

    动物科学

    本教材是配合教学改革试验区——“基于合作性学习的生物技术专业应用型人才培养模式改革与实践”并结合生物技术专业特点而编写的。本书包括四部分共二十三章内容,主要介绍了动物各主要类群的特征、代表性动物的形态、结构机能、生理功能与人类的关系等。全书注重学生自主学习能力培养.每一章节附录课外拓展、课堂讨论、研究进展等。
热门推荐
  • 莎士比亚悲剧集

    莎士比亚悲剧集

    《哈姆雷特》、《奥瑟罗》、《李尔王》、《麦克白》是代表莎士比亚悲剧创作最高成就的“四大悲剧”,也是最淋漓地表现其伟大之处的作品,其中尤以《哈姆雷特》在世界上享誉最高,成为世界戏剧史上难以企及的巅峰之作。而莎士比亚在喜剧创作方面也同样成就斐然,“四大喜剧”是他的代表作品,这些作品不仅具有很强的喜剧效果,同时还富有深刻的社会讽刺意味,成为世界戏剧创作史上的典范之作。
  • 无尽传说之天绝古帝

    无尽传说之天绝古帝

    本来只是一个富二代的杨少东,在他人生的第一次的冒险旅程中突然被带入到了另一个世界,这是天意,还是命运,这一切又有着怎样的关联呢?传说中的天绝古帝是否真的存在?
  • 盛开在光年的你我

    盛开在光年的你我

    你是不是也曾遇见过这样一个少年,他的出现让你的整个青春都不再腐朽。在成长的道路上我们总会遇见形形色色的人,或相逢瞬间或相离刹那,所有得失离别都只为教会我们成长。
  • 转世之倾城公主

    转世之倾城公主

    仙魔两界公主重生人间,从出生那天起,姐妹俩的命运就发生了翻天覆地的变化。因为从小失去最爱的妹妹,变成双面人。在家人面前的她是可爱活泼的。但在外人面前的她却是冰冷如山,成为世界第一杀手,嗜血公主-沐之晴,拒人于千里之外。
  • 仙魔之仙缘突起

    仙魔之仙缘突起

    茫茫世界,万物灵开,苍穹大地,牵佳人之手;为证大道,逆转乾坤,一段仙旅奇缘,主角天真烂漫,风趣异常,却不失机智,经历了离奇古怪的旅程后,竟然成就了自我仙缘,可谓幸运至极。看宇宙浩瀚,这仙魔并存之外又将有何缘故,乱世之中,佳人才得,为何又屡屡失去。禀赋天定,却要屡屡逆天……
  • 交换生的逍遥生活

    交换生的逍遥生活

    性格不好,脾气不小;个子不高,身手挺好。这是来自于武校的顾安琪的真实写照。黑暗中游走,她只想保持一颗本心不变,十六年来没有父母照顾,不是一样活得很好?
  • 君子谦

    君子谦

    世间皆有定数,世间皆有卦,君子谦以卦看世间,以气看世间。世间万物皆不是巧合。。。。
  • 太古神煌

    太古神煌

    天资平凡的人族柳玉偶得吞天兽内丹,获吞天兽吞噬天赋,实力得以突飞猛进,最终成为一代绝世武神。
  • 饮血绝情录

    饮血绝情录

    在生与死之间,没有什么绝情不绝情。弑父杀母,最冷血的人莫过于此。然而,绝情最处是深情。也许他/她很冷漠绝情。原因是他/她把所有的爱都给了一个人
  • 如冰传

    如冰传

    她出生身体冷如寒冰,没一个朋友。直到十六那岁年蜀山大弟子明远的出现改变了她的一生,他想尽一切办法只为治好她身上的寒冷,可不知已慢慢陷入了万丈深渊......