核心概念
物理学
杠杆
力
工具
质量
引言
你有没有想过古代人是如何举起非常重的物体，例如巨石来建造金字塔的？杠杆是一种简单的机械，可以帮助人们做到这一点。它还可以通过为用户提供机械优势，使其他类型的体力劳动更容易。
你周围常见的杠杆例子有跷跷板、剪刀、独轮车，甚至是你的下巴。虽然所有这些杠杆都有相同的功能部件，但它们的不同部件的位置各不相同。使用常见的杠杆类型举起重物需要多少力气？
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背景
跷跷板和剪刀属于一类杠杆，称为第一类杠杆。第一类杠杆通常有一个刚性、长而薄的梁，就像尺子。在梁的两端之间是支点，或枢轴点，这是梁可以平衡并在其周围自由上下移动的点。在一端，用户放置要移动的负载。在另一端，用户可以施加努力或力，以尝试移动负载。
杠杆的工作方式是通过乘以用户施加的努力。具体而言，为了举起和平衡物体，用户施加的努力力乘以其到支点的距离必须等于负载力乘以其到支点的距离。因此，努力力与支点之间的距离越大，在相同努力力下可以举起的负载就越重。
材料
• 塑料拉链三明治袋
• 剪刀
• 强力胶带
• 尺子（最好是硬的）
• 铅笔或钢笔
• 一块肥皂（仍在包装中）
• 便士（价值约3美元）或其他大小相同的小物品，如弹珠或豆子（总共约1.5磅或700克）
• 一张桌子
准备
• 用胶带将包装好的肥皂牢固地粘贴在尺子的一端，使肥皂的末端与尺子的末端对齐。
• 剪下两条胶带，每条胶带比尺子的宽度长约2.5厘米。
• 将一条胶带放在塑料袋一侧的中心，大约在袋子的拉链下方一厘米处，并与开口平行。向下按压以牢固粘贴胶带。
• 将第二条胶带放在袋子内部，与第一条胶带在同一侧和位置。胶带应完全重叠。再次向下按压以牢固粘贴胶带。
• 将粘贴的部分宽度方向对折。使用剪刀在胶带上剪一个水平缝，距离胶带顶部约1.25厘米，宽度刚好够尺子通过。
• 将尺子的空端水平插入塑料袋的孔中，并将袋子牢固地粘贴在尺子的末端。确保袋子没有被胶带粘住。
步骤
• 用胶带将铅笔或钢笔粘贴在桌子边缘，使其与桌子边缘平行。将尺子垂直放在铅笔的顶部，使带肥皂的一端放在桌子上，而带塑料袋的一端悬挂在桌子边缘。
• 你现在有了一个可以使用的杠杆。你认为肥皂是杠杆的哪一部分？尺子和铅笔呢？
• 移动尺子，使袋子距离铅笔六厘米。
• 慢慢地将便士或其他少量物品放入袋子中，直到肥皂刚好从桌子上抬起，看起来与袋子里的便士平衡。需要多少便士才能抬起肥皂？
• 清空袋子并移动尺子，使袋子现在距离铅笔12厘米。再次，慢慢地将便士或其他小物品放入袋子中，直到肥皂抬离桌子并保持平衡。这次需要多少便士才能抬起肥皂？这与距离铅笔距离的变化有什么关系？
• 再次清空袋子并移动尺子，使袋子现在距离铅笔18厘米。再次，慢慢地填满袋子，直到肥皂抬离桌子并保持平衡。最后一次需要多少便士才能抬起肥皂？它是否符合您之前两次测试杠杆时的预期？
• 额外：当肥皂距离铅笔不同距离时，抬起肥皂所需的便士数量之间的图形关系是什么？您可以再次尝试此活动，但测试不同的距离，然后绘制结果的折线图，将距离放在 y（垂直）轴上，并将便士的数量放在 x（水平）轴上。图形关系是什么样的？
• 额外：如果负载加倍会发生什么？您可以再次尝试此活动进行测试，但这次使用两块肥皂。抬起两块肥皂是否需要两倍的便士？如果使用三块或四块肥皂呢？ 观察和结果
当袋子距离铅笔12厘米时，抬起肥皂所需的便士数量是否少于袋子距离铅笔6厘米时的一半？当袋子距离铅笔18厘米时，抬起肥皂所需的便士数量是否少于这个数量的一半？
随着袋子与铅笔之间的距离增加，抬起肥皂所需的便士或其他物体数量减少。但是，当距离加倍时，例如从 6 厘米到 12 厘米时，抬起肥皂所需的便士数量不会简单地变成一半。要使用杠杆平衡物体，努力力（便士）乘以其到支点（铅笔）的距离必须等于负载力（肥皂）乘以其到支点的距离。因此，抬起肥皂所需的便士所施加的力等于肥皂所施加的力乘以肥皂与支点之间的距离，所有这些都除以便士与支点之间的距离。
更多探索
“不倾斜”，来自大众科学
“杠杆”，来自V. Ryan，在Technologystudent.com
“逃离梅林的迷宫”，来自CYBERCHASE Thirteen/WNET，纽约教育广播公司
“杠杆”，来自Petervaldivia
用杠杆举起来”，来自科学伙伴
此活动由科学伙伴和网络追逐合作推出