2.4　我能撬起地球

人们从远古时代起就使用杠杆，并且懂得巧妙地运用杠杆。在埃及建造金字塔的时候，奴隶们就用杠杆把沉重的石块往上撬。造船工人用杠杆在船上架设桅杆。人们使用汲水吊杆（一种带平衡锤的杠杆）从井里取水。罗马人把货物挂在精工制造的杠杆秤（杆秤）上称重。另外，古时候的船都是用桨来划动的，并且用舵来操纵，而桨和舵也都是杠杆。

古代的技术家们都知道，凭借这些简单的机械，就可以用很小的力量推动很大的重量。但是杠杆为什么能做到这一点，却没有人能解释。至于哲学家们在谈起这个问题的时候，就一口咬定说，关键就在于圆的“魔性”上，因为杠杆的两端在工作的时候是沿着圆弧运动的。阿基米德却不乱说什么圆的“魔性”。他懂得“自然界里的种种现象，总有自然的原因来解释”。杠杆作用也有它自然的原因，他想把这样的解释找出来。

最简单的杠杆是一根金属的或木质的直棍。如果把它在中点上支持起来，它就能保持平衡。当我们在杠杆的两端挂上同样重的物体的时候，平衡仍旧保持不变。但是假如在杠杆的一端挂上一个较重的物体，而在另一端挂上一个较轻的物体，那么杠杆就要失去平衡，它的一个力臂就要下沉，另一个力臂就要上升。想要恢复平衡，就必须把支点向较重的物体那边移动。阿基米德懂得，两个物体的总重量好像集中在杠杆的某一点上似的。如果把杠杆在这一点上支起来，杠杆就能保持平衡。阿基米德把这一点叫作重心。

后来，阿基米德确立了杠杆的平衡定律：力臂和力（重量）成反比例。换句话说，小重量是大重量的多少分之一重，长力臂就应当是短力臂的多少倍长。假设杠杆的一个力臂是20厘米长，另一个力臂有它5倍长，就是100厘米长。那么，如果在短力臂上挂上5千克的物体，在长力臂上只要挂上1千克的物体，杠杆就能保持平衡。

这个规则还可以用另外一种说法来表达：每边的力臂的长度和这力臂所受的力的乘积是相等的。例如，就上文所取的杠杆的力臂长度和重量来说，就有：5千克力×20厘米=1千克力×100厘米（1千克力约为9.8牛）。

另一方面，如果我们用手握着杠杆的长臂向下按，那么我们的手在空中画出的路径，却比短力臂的末端所画出的路径长。杠杆两端所走过的路径，也是和力成反比例的。假如长力臂的末端走过了半米的距离，那么短力臂的末端就只走10厘米的距离。在用力方面省5倍，在所走的距离上就反过来费5倍。

阿基米德确立了杠杆定律以后，就推断说只要能够取得适当的杠杆长度，任何重量都可以用很小的力量举起来。据说他曾经说过这样的豪言壮语：“给我一个支点，我就能撬起地球！”这句话，成为代表着阿基米德的性格和自信心的一句名言，随同着阿基米德的名字一直流传到今天。

给我一个支点，我就能撬起地球！

知识加油站

杠杆：在力的作用下，可以绕其固定点转动的硬棒。

杠杆的分类

（1）省力杠杆

这类杠杆中动力臂大于阻力臂，平衡时动力小于阻力，也就是用较小的动力就可以克服较大的阻力。但在实际工作时动力移动的距离却比阻力移动的距离大，即要费距离。如撬起重物的撬棒、开启瓶盖的起子、铡草用的铡刀等，都属于这一类杠杆。

（2）费力杠杆

这类杠杆的特点是动力臂小于阻力臂，平衡时动力大于阻力，也就是用较大的动力才能克服阻力完成工作。但它的优点是杠杆工作时，动力移动较小的距离就能使阻力移动较大的距离，使工作方便，也就是省了距离。如缝纫机踏板、挖土的铁锹、大扫帚、夹煤块的火钳，这些杠杆都是费力杠杆。

（3）等臂杠杆

这类杠杆的动力臂等于阻力臂，平衡时动力等于阻力。这类杠杆工作时既不省力也不费力，如天平、定滑轮就是等臂杠杆。

三种不同的杠杆