首頁 那些聽過卻從未搞明白的問題

6.

給我一個支點,我將會撬起整個地球

錫拉庫紮國王希羅曾建造過一艘巨型輪船,傳說該船重達4000噸。希羅想把這艘船送給埃及國王托勒密。當時,這艘船被人們叫作“錫拉庫薩”,有點類似於今天的“泰坦尼克”的意思。由於這艘船太重,因而在建造完成之後,造船工人們發現一個意料之外的棘手問題—他們沒有辦法把船抬起來,運到水中。可是,一艘在地上的船又有什麽用呢?古希臘哲學家兼工程學先驅阿基米德,正好是一位錫拉庫紮人,他說過一句我們今天聽來如雷貫耳的名言:“給我一個支點,我將會撬起整個地球。”回到船的故事中來,當時人們把阿基米德叫來,讓他想辦法把這艘巨輪抬入水中,而阿基米德通過一個杠杆和滑輪係統,成功解決了這個問題。

確實,如果有一個支點和一個杠杆,我們可以比較輕鬆地舉起一個原本很重的東西。杠杆這麽簡單的一個工具不僅推動了整個世界向前進步,更是在幾百年來明顯地改變了我們的生活方式。當然了,就如我們這篇文章中的主題,關於杠杆還生出了不少逸聞趣事。可以毫不誇張地說,沒有杠杆就沒有我們社會的進步。

杠杆,是由一根棍子或一個硬棒構成的一種簡單機械,在力的作用下能繞著固定點轉動,這個點就是“支點”。使用杠杆往往是為了運用最小的動力(能使杠杆轉動的力)來對抗一個更大的阻力(阻礙杠杆轉動的力)。當然了,有時候也會用杠杆來抬高或者加速某物,如錘子和石弩。杠杆還有自己的物理原理,即“杠杆原理”—反映了動力、阻力及兩個力量點距支點距離之間的關係。兩個力量點距支點的距離分別叫作“動力臂”和“阻力臂”。

現在,所有的杠杆被分成了三類,有數百個運用場景。第一種杠杆,就是著名的阿基米德用來撬動地球的杠杆(雖然至今還沒有人能夠找到一個合適的支點以及足夠長且堅固的棍子)。杠杆被支點分成了兩個部分,支點位於杠杆的中間,動力(F)施加的點到支點的部分為動力臂(BP),阻力(R)施加的點到支點的部分為阻力臂(BR)。有趣的點在於:當動力臂比阻力臂長時,克服阻力所需要的動力會相對較小,而這個動力臂越長,那麽抬起一個相同質量的物體所需要施加的動力就越小。最典型的例子即通過一個動力臂非常長、阻力臂非常短的杠杆,你會輕而易舉地成功抬起一塊質量極大的巨石。