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什么是杠杆,生活中有哪些常见的杠杆及分类

相信很多人都听过阿基米德的一句名言——“给我一个支点,我可以撬起整个地球”。那么我们思考,他是想怎样把地球翘起来呢?这就是我们这节要讲解的内容——杠杆。

【杠杆的概念】

给我一个支点,我可以撬起整个地球

杠杆的定义: 一根硬棒,在力的作用下能够绕着固定点O转动,这根硬棒就是杠杆。

【杠杆的五要素】

1、支点: 2、动力; 3、阻力; 4、动力臂; 5、阻力臂

下面具体解释什么是五要素

杠杆的五要素

(1)支点:杠杆可以绕其旋转的点O;

(2)动力:使杠杆转动的力F1

(3)阻力:阻碍杠杆转动的力F2;

(4)动力臂:从支点O到动力F1作用线的距离L1

(5)阻力臂:从支点O到动力F2作用线的距离L2

如上图所示,力F为动力,而物体的重力为阻力,通过实验可知杠杆处于平衡态时,其动力F1、动力臂L1和阻力F2、阻力臂L2满足:F1L1=F2L2

【杠杆平衡】

当动力和阻力对杠杆的转动效果相互抵消时,杠杆将处于平衡状态,这种状态叫做杠杆平衡,但是杠杆平衡并不是力的平衡。

杠杆静止不动或匀速转动都叫做杠杆平衡。

【等臂杠杆】

由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知,当L1=L2时,有F1=F2

此时动力与阻力的大小是相等的。这样的杠杆我们叫做等臂杠杆。

与省力杠杆和费力杠杆相比,等臂杠杆不省力,也不省距离。

常见的省力杠杆有:天平与定滑轮。

【省力杠杆】

如果某个杠杆,其动力臂比阻力臂大,这个杠杆就是省力杠杆。

由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知:

F1=F2L2/L1

显然,动力臂比阻力臂大,即L1>L2时,F1>F2

此时动力比阻力要小。

【费力杠杆】

如果动力臂比阻力臂小,那么该杠杆就是费力杠杆。这也可以利用数学关系来证明。

由杠杆平衡条件F1L1=F2L2可知:

F1=F2L2/L1

显然,动力臂比阻力臂小,即L1<L2时,F1<F2

【杠杆的应用】

生活中,我们随处可见利用杠杆原理的工具,例如下图

杠杆的应用

【等臂杠杆】

天平就是利用等臂杠杆的原理,即动力臂等于阻力臂,来实现测量物体质量的。因为动力臂等于阻力臂,所有左右两个托盘内的重力相等,根据重力与质量的关系(G=mg),被测的质量就等于砝码的质量加上游码的质量了

【省力杠杆】

利用撬棍来翘石头,就是典型的省力杠杆。从本质上来看,我们希望用较小的力,来把很重的石头翘起来。

虽然省力杠杆省了力,不过也费了距离.

省力杠杆

【费力杠杆】

利用鱼竿来钓鱼,就是利用的费力杠杆

费力杠杆

【练习】

如图所示,一轻质杠杆的支点在O点,左边A处挂两个钩码,右边B处挂上一物体后,杠杆在水平位置上平衡.如果在A的下面再挂一钩码,则必须把物体移挂在C处才能使杠杆水平平衡.若BC=5cm,AO=15cm,每个钩码的质量m都为50g,求OB的长度和物体的质量M.

【解答】解:

(1)当左边A处挂两个钩码,右边B处挂上一物体后:

∵杠杆水平平衡,

∴2mg×OA=Mg×OB,

即:100g×15cm=M×OB,﹣﹣﹣﹣﹣①

(2)当在A的下面再挂一钩码,把物体移挂在C处,

∵杠杆水平平衡,

∴3mg×OA=Mg×OC=Mg×(OB+BC),

150g×15cm=M×(OB+5cm)﹣﹣﹣﹣﹣②

(3)由①②联立方程组解得:

OB=10cm,M=150g.

答:OB的长度为10cm、物体的质量为150g.

在分析杠杆平衡问题时,不能仅仅以力的大小来判断,一定要从基本知识考虑,做到解决问题有根有据,切忌凭主观感觉来解题,要对杠杆平衡条件熟悉掌握和运用。

                       

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