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槓桿原理

槓桿存在的歷史具有相當久遠的歷史,從我們的身體的骨骼運作,就是充滿著許多槓桿原理的作用。槓桿原理是力學之中最基本的原理,從中國的秤,利用一根桿子兩邊裝上重物與砝碼,中間利用吊繩當支點來秤出物體的重量,以及蹺蹺板、開關、開罐器等都是在生活上應用的一種槓桿原理。古希臘物理學家阿基米德也曾經說過,他可以用極大的槓桿在某個之點將地球移動,更指的是利用槓桿原理用最少的力舉起地球。槓桿作用充斥在我們日常生活應用或是機械的作用的應用,甚至童軍活動所搭設的羅馬砲也是應用槓桿原理。

2nd 童軍創意工程王;

槓桿原理:

槓桿的基本結構是由以一根棍材當成桿子,以及三個著力點所組成。

  1. 在整體的棍材(槓桿)上有一個支撐點,這是可以讓槓桿轉動的點。
  2. 另一邊為負荷點,就是要使物體運動的力點
  3. 相反的另一邊就是施力點,這就是我們要施力的點

2nd 童軍創意工程王;

槓桿應用存在相反的形式:
槓桿原理在應用上主要分有兩種不同的形式產生,一種為施力放大,主要是增加施力的力量的應用;另一種為力矩放大,此為讓負荷端產生較大距離的移動。

A.施力放大:就是支撐點與施力點間的距離,這距離要大於支撐點與負荷點的距離。

2nd 童軍創意工程王;

這是一般我們最常見的槓桿應用方式,這方式利用較長的力臂,增加施力所產生的力量輸出到負荷端,是可以放大力量的槓,這是一種省力的裝置應用,其優點是可以用較少的力量使負荷端移動。在我們的生活動很多工具都是施力放大的槓桿作用,例如,剪刀、老虎鉗、開罐器等。

B.力矩放大:就是支撐點與施力點間的距離,這距離要小於支撐點與負荷點的距離。

2nd 童軍創意工程王;

力矩放大作用其優點是負荷端以較長的力臂,在施力點上利用較大的力量,使負荷端增加物體的速度與移動的距離。這種施力方式在一般常用的工具較少見,但是在自然界上最常見,像是在肌肉與骨骼連結運動方式,例如昆蟲從的翅膀利用較短的肌肉產生高速度,驅動較長的翅膀擺動,或是羅馬砲或重力式的投石器(Ballista),利用重力瞬間產生極大的動力,讓施力點移動較少的距離,使負荷端產生較大的移動距離,以增加物體加速的距離

2nd 童軍創意工程王;

這是另一種力矩放大的樣式,常見於投石器(catapult),在施力點上利用繩索絞緊時所產生的反作用力,或是揮動高爾夫球桿或是棒球桿時的動作,放開後產生的動力將負荷端的物體投射出去。讓施力點用較高的力量,移動較少的距離,使負荷端產生較大的移動距離,使物體增加加速的距離。


槓桿原理在應用上幾項重點:

1.力臂越長投擲距離越遠:A>B>C
相同的投射物品重量與施力大小,力臂越長投擲距離越遠。

2nd 童軍創意工程王;

2.施力越大投擲距離越遠:A>B>C
相同的投射物品重量與相同的力臂,施力越大投擲距離越遠。

2nd 童軍創意工程王;

3.重量越輕投擲距離越遠:A>B>C
相同的施力大小與相同的力臂,物體越輕投擲距離越遠

2nd 童軍創意工程王;

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