2.4　我能撬起地球

人們從遠古時代起就使用杠桿，并且懂得巧妙地運用杠桿。在埃及建造金字塔的時候，奴隸們就用杠桿把沉重的石塊往上撬。造船工人用杠桿在船上架設桅桿。人們使用汲水吊桿（一種帶平衡錘的杠桿）從井里取水。羅馬人把貨物掛在精工制造的杠桿秤（桿秤）上稱重。另外，古時候的船都是用槳來劃動的，并且用舵來操縱，而槳和舵也都是杠桿。

古代的技術家們都知道，憑借這些簡單的機械，就可以用很小的力量推動很大的重量。但是杠桿為什么能做到這一點，卻沒有人能解釋。至于哲學家們在談起這個問題的時候，就一口咬定說，關鍵就在于圓的“魔性”上，因為杠桿的兩端在工作的時候是沿著圓弧運動的。阿基米德卻不亂說什么圓的“魔性”。他懂得“自然界里的種種現象，總有自然的原因來解釋”。杠桿作用也有它自然的原因，他想把這樣的解釋找出來。

最簡單的杠桿是一根金屬的或木質的直棍。如果把它在中點上支持起來，它就能保持平衡。當我們在杠桿的兩端掛上同樣重的物體的時候，平衡仍舊保持不變。但是假如在杠桿的一端掛上一個較重的物體，而在另一端掛上一個較輕的物體，那么杠桿就要失去平衡，它的一個力臂就要下沉，另一個力臂就要上升。想要恢復平衡，就必須把支點向較重的物體那邊移動。阿基米德懂得，兩個物體的總重量好像集中在杠桿的某一點上似的。如果把杠桿在這一點上支起來，杠桿就能保持平衡。阿基米德把這一點叫作重心。

后來，阿基米德確立了杠桿的平衡定律：力臂和力（重量）成反比例。換句話說，小重量是大重量的多少分之一重，長力臂就應當是短力臂的多少倍長。假設杠桿的一個力臂是20厘米長，另一個力臂有它5倍長，就是100厘米長。那么，如果在短力臂上掛上5千克的物體，在長力臂上只要掛上1千克的物體，杠桿就能保持平衡。

這個規則還可以用另外一種說法來表達：每邊的力臂的長度和這力臂所受的力的乘積是相等的。例如，就上文所取的杠桿的力臂長度和重量來說，就有：5千克力×20厘米=1千克力×100厘米（1千克力約為9.8牛）。

另一方面，如果我們用手握著杠桿的長臂向下按，那么我們的手在空中畫出的路徑，卻比短力臂的末端所畫出的路徑長。杠桿兩端所走過的路徑，也是和力成反比例的。假如長力臂的末端走過了半米的距離，那么短力臂的末端就只走10厘米的距離。在用力方面省5倍，在所走的距離上就反過來費5倍。

阿基米德確立了杠桿定律以后，就推斷說只要能夠取得適當的杠桿長度，任何重量都可以用很小的力量舉起來。據說他曾經說過這樣的豪言壯語：“給我一個支點，我就能撬起地球！”這句話，成為代表著阿基米德的性格和自信心的一句名言，隨同著阿基米德的名字一直流傳到今天。

給我一個支點，我就能撬起地球！

知識加油站

杠桿：在力的作用下，可以繞其固定點轉動的硬棒。

杠桿的分類

（1）省力杠桿

這類杠桿中動力臂大于阻力臂，平衡時動力小于阻力，也就是用較小的動力就可以克服較大的阻力。但在實際工作時動力移動的距離卻比阻力移動的距離大，即要費距離。如撬起重物的撬棒、開啟瓶蓋的起子、鍘草用的鍘刀等，都屬于這一類杠桿。

（2）費力杠桿

這類杠桿的特點是動力臂小于阻力臂，平衡時動力大于阻力，也就是用較大的動力才能克服阻力完成工作。但它的優點是杠桿工作時，動力移動較小的距離就能使阻力移動較大的距離，使工作方便，也就是省了距離。如縫紉機踏板、挖土的鐵鍬、大掃帚、夾煤塊的火鉗，這些杠桿都是費力杠桿。

（3）等臂杠桿

這類杠桿的動力臂等于阻力臂，平衡時動力等于阻力。這類杠桿工作時既不省力也不費力，如天平、定滑輪就是等臂杠桿。

三種不同的杠桿