機(jī)械讓生活更便捷

薛海鳳

凡能夠改變力的大小和方向的裝置，統(tǒng)稱(chēng)“機(jī)械”。機(jī)械在生活中的應(yīng)用無(wú)處不在，利用機(jī)械既可減輕體力勞動(dòng)，又能提高工作效率。小到每天吃飯用的筷子、大到建筑工程等都離不開(kāi)機(jī)械的協(xié)助，在機(jī)械的共同助力下，人們可以更好地體驗(yàn)生活。

斜面作為古老的機(jī)械之一，在科技不發(fā)達(dá)、依賴(lài)人工作業(yè)的古代，人們依賴(lài)斜面將笨重巨大的物體運(yùn)送到指定位置，克服了人工作業(yè)的困難。 現(xiàn)代社會(huì)，斜面在盤(pán)山公路上的應(yīng)用降低了人們上山的困難，滿足了人們運(yùn)輸?shù)男枨?。斜面作為最?jiǎn)單便利的機(jī)械，因材料易獲得，應(yīng)用便利和容易而被廣泛使用。根據(jù)功的原理：使用任何機(jī)械都不省功，這個(gè)普遍結(jié)論，對(duì)于任何機(jī)械都適用。斜面作為省力機(jī)械，缺點(diǎn)需要耗費(fèi)更多時(shí)間達(dá)到使用的效果。

“給我一個(gè)支點(diǎn)，我能撬起地球”，發(fā)現(xiàn)杠桿原理的古希臘科學(xué)家阿基米德如是說(shuō)。杠桿是另一種歷史悠久的機(jī)械，筷子、指甲刀、鑷子、起重機(jī)吊臂、開(kāi)關(guān)的門(mén)窗、道釘撬、自行車(chē)的剎車(chē)手把、剪刀、天平、釣魚(yú)竿、鉗子、扳手等都是杠桿的應(yīng)用。杠桿是用剛性材料制成的形狀是直的或彎曲的桿，在外力作用下能繞固定點(diǎn)或一定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的一種簡(jiǎn)單機(jī)械。其上有支點(diǎn)、動(dòng)力作用點(diǎn)、阻力作用點(diǎn)，杠桿的固定轉(zhuǎn)軸即通常說(shuō)的“支點(diǎn)”，從轉(zhuǎn)軸到動(dòng)力作用線的垂直距離叫“動(dòng)力臂”，從轉(zhuǎn)軸到阻力作用線的垂直距離叫“阻力臂”，這便是杠桿的三點(diǎn)兩臂。

由于杠桿上三點(diǎn)的位置不同，產(chǎn)生不同的受力效果，杠桿可分為省力杠桿、費(fèi)力杠桿和等臂杠桿。杠桿處于靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下即杠桿平衡?！案軛U平衡條件”即杠桿原理，要使杠桿平衡，作用在杠桿上的兩個(gè)力矩（力與力臂的乘積）大小必須相等。即：動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，用代數(shù)式表示為F1· L1=F2·L2。式中，F(xiàn)1表示動(dòng)力，L1表示動(dòng)力臂，F(xiàn)2表示阻力，L2表示阻力臂。從上式知，杠桿達(dá)到平衡，動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力就是阻力的幾分之一。使用杠桿時(shí)，為了省力，應(yīng)該用動(dòng)力臂比阻力臂長(zhǎng)的杠桿;若要省距離，就應(yīng)該用動(dòng)力臂比阻力臂短的杠桿。省力卻費(fèi)距離，如拔釘子用的羊角錘、鍘刀、開(kāi)瓶器、軋刀、動(dòng)滑輪、手推車(chē)、剪鐵皮的剪刀及剪鋼筋用的剪刀等。費(fèi)力卻省距離，如釣魚(yú)竿、鑷子、筷子、船槳、縫紉機(jī)踏板、裁縫用的剪刀、理發(fā)師用的剪刀等。天平、定滑輪是等臂杠桿，不省力也不費(fèi)力，也不多移動(dòng)距離。

阿基米德利用杠桿原理，曾經(jīng)借助杠桿和滑輪組，讓停放在沙灘上的桅船順利下水。在保衛(wèi)敘拉古免受羅馬海軍襲擊的戰(zhàn)斗中，制造了遠(yuǎn)、近距離的投石器，利用它射出各種飛彈和巨石攻擊敵人。

滑輪、輪軸、齒輪是杠桿的變形，升國(guó)旗旗桿頂端有定滑輪，吊車(chē)、塔吊、起重機(jī)有動(dòng)滑輪。輪軸實(shí)質(zhì)是可連續(xù)旋轉(zhuǎn)的杠桿，方向盤(pán)、磨刀用的砂輪、電風(fēng)扇，陀螺、扳手、螺絲刀、轆轤都是輪軸。傳送帶作為一種組合機(jī)械，是由基本的輪軸構(gòu)成，是變形的簡(jiǎn)單杠桿，也屬?gòu)?fù)合杠桿，廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)和工業(yè)生活中，如輸送糧食、傳送貨物等。平時(shí)人們彎腰，踮一下腳尖、點(diǎn)頭、抬頭等也是靠杠桿的作用。

機(jī)械隨著人們生活需求不斷變化創(chuàng)新，滑輪組便應(yīng)運(yùn)而生了。使用滑輪組可以省力，可以節(jié)省時(shí)間、空間，可重復(fù)使用，幫助人們運(yùn)送貨物，應(yīng)用在電梯等日常生活中，成為人們生活中不可或缺的重要組成部分。

未來(lái)機(jī)械必將與現(xiàn)代信息技術(shù)等產(chǎn)品相結(jié)合，以更多形式呈現(xiàn)在人們的眼前，形成創(chuàng)新型、智能化操作的機(jī)械產(chǎn)品，且可以數(shù)字化、電子化，進(jìn)一步解放雙手，使用將更便利。

彈簧測(cè)力計(jì)、空茶葉罐、玻璃珠、硬紙板、塑料圓管、刻度尺、小刀、圓珠筆、米、筷子、白紙條、吸管、網(wǎng)兜、棉線、膠水、肥皂、陀螺、剪刀、手機(jī)支架、汽車(chē)地墊固定圈。

裝有適量玻璃珠的茶葉罐作為重物，直接用測(cè)力計(jì)向上提升一定高度，覺(jué)得費(fèi)力。硬紙板搭在茶葉罐上構(gòu)成斜面，再用測(cè)力計(jì)平行斜面向上提升相同高度，發(fā)現(xiàn)省力卻費(fèi)距離。

白紙條用圓珠筆標(biāo)上刻度尺刻度，貼在長(zhǎng)塑料圓管一側(cè)，空茶葉罐裝滿米，筷子粗端直插入瓶底，露出細(xì)端，套上一截吸管，吸管口正對(duì)兩側(cè)各剪V形，上方平放長(zhǎng)塑料圓管使之平衡，此為支點(diǎn)。網(wǎng)兜內(nèi)裝8個(gè)玻璃珠用棉線系緊充當(dāng)一個(gè)重物4個(gè)，制作至少3個(gè)相同重物。圓管離支點(diǎn)等距離各掛1個(gè)重物，發(fā)現(xiàn)杠桿平衡。改變某側(cè)重物數(shù)量或改變系點(diǎn)到支點(diǎn)距離，再次探究令杠桿平衡的條件。

①裝有適量玻璃珠的茶葉罐作為重物，把汽車(chē)地墊固定圈用棉線固定在手機(jī)支架上，充當(dāng)定滑輪。棉線一頭接重物，另一頭連接測(cè)力計(jì)，手豎直向上拉測(cè)力計(jì)至一定高度。把棉線繞過(guò)固定圈，在下方施力也能把重物提到對(duì)應(yīng)高度，發(fā)現(xiàn)不省力但方向改變更方便。

②棉線一頭系在手機(jī)支架上，另一頭繞過(guò)固定圈接測(cè)力計(jì)，地墊圈下吊重物，手豎直向上拉測(cè)力計(jì)，發(fā)現(xiàn)圈隨重物而動(dòng)，此為動(dòng)滑輪，發(fā)現(xiàn)省力卻費(fèi)距離。2個(gè)地墊固定圈如圖示組成滑輪組，看看能省多少力？