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給我一個支點,我能撬起雷神之錘

2019-09-03 09:55獨角獸
課堂內外(初中版) 2019年8期
關鍵詞:杠桿原理阿基米德拋石

獨角獸

雷神:沒有人類能舉起我的錘子。

阿基米德:那是因為你對杠桿原理一無所知。

★撬起了雷神之錘

事情是這樣發酵起來的一這天,鋼鐵俠、綠巨人等人嘗試舉起雷神之錘相繼失敗,雷神笑著松了一口氣,得意地發了微博:沒有人類能舉起我的錘子。第二天,一個長卷發、絡腮胡的老者找到雷神,自稱能舉起雷神之錘,并且當場用一塊石頭和一根木棍將雷神之錘舉起。

雷神:“不,這不可能,那是被奧丁下了咒語的錘子,沒有人類可以舉起它?!卑⒒椎拢骸澳鞘且驗槟銓Ω軛U原理一無所知?!?/p>

一時間,阿基米德和杠桿原理以雷霆之勢上了熱搜。媒體爭相采訪阿基米德。記者:“阿基米德先生,請問您是怎么舉起雷神之錘的?

阿基米德:“很簡單,給我一個支點,我還可以撬起整個地球?!?/p>

記者:“您能為我們解釋一下其中的原理嗎?”

阿基米德:“是杠桿原理。這是我從農民提水的吊桿和奴隸撬石頭的撬棍中得到的靈感。只要滿足支點、施力點和受力點的系統,就可以被稱為杠桿,用公式表示為動力X動力臂=阻力X阻力臂。從公式中也可以看出,當兩個重物平衡時,它們離支點的距離與重力成反比,所以杠桿原理也稱為‘杠桿平衡條件。給我一個支點,和一根足夠長的杠桿,我連地球都可以撬動。

★古戰場恐怖殺手

記者:“除了撬動地球和舉起雷神之錘,杠桿原理在生活中還有什么運用呢?記者跟隨阿基米德登上敘拉古的城樓,這里擺放著拋石機和起重機。

阿基米德:“公元前218年,羅馬帝國和迦太基帝國爆發了第二次布匿戰爭,敘拉古作為城邦小國一直依附羅馬帝國。后來,迦太基大敗羅馬軍隊,敘拉古為求生存轉向了迦太基。誰知羅馬帝國依舊是最后的人生贏家,為報復敘拉古,羅馬開始攻打敘拉古。為了保衛城邦,我運用杠桿原理建造了拋石機和起重機。

記者:“據說您發明的拋石機又被稱為古戰場‘恐怖殺手?”

阿基米德:“是的,它可以將石頭拋出城外1000多米遠,重擊敵人。但人力是拉不動這大弓的,所以我利用杠桿原理,將弩上轉軸的搖柄用力扳動,與搖柄相連的多根牛筋組成的粗弓弦拉到最緊時再放開,弓弦帶動石載裝置把石頭拋出?!庇浾邔擂蔚貑枺骸斑€有更生活一點的運用嗎?”

阿基米德:“國王曾叫人造了一艘大船,無人能將其推下水,于是我設計了一套杠桿輪滑系統,只需施很小的力就能拉動很重的物體。

記者:……可能您的生活方式和我們確實不太一樣?!?/p>

可惜這個一生都致力于科學研究的老者,最后死于敘拉古城破那天。當時阿基米德在沙地上畫幾何圖形,一個羅馬士兵沖進來要帶走他。他說:“請讓我證明完這條定理,我不能給世人留下一條未完的證明?!辈⑹疽馐勘鴦e碰他的圖形。

羅馬士兵覺得自己的威嚴受到沖撞,于是刺死了阿基米德。

阿基米德一生的貢獻

在數學方面,他用窮竭法算過圓周率,證實了圓柱體體積與其內切球體積之比,和他們的表面積之比都是3/2。在物理學方面,他的貢獻主要有靜力學中的杠桿原理和流體力學中的浮力定律。在天文方面,他發明了天文測量用的十字測角器。在機械應用方面,他發明的“螺旋提水器”至今還在運用。

“阿基米德測皇冠的故事,就是利用浮力定律,用皇冠排開的水的體積,來測得皇冠的密度。進而判斷它到底是不是純金?!?/p>

杠桿原理的日常運用

天平、桿秤、剪刀、筷子、蹺蹺板等都是杠桿原理的實際運用。杠桿的動力臂越長就越省力,阻力臂越長則越費力。省力杠桿費距離,比如指甲刀;費力杠桿省距離,比如劃船的槳;等臂杠桿不省力也不費力,它就是天平,用于衡量天平兩端物體的重量。

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