基本概念
物理学
杠杆
力
工具

引言
你有没有好奇过古代的人是如何提起很重的物体的，10倍杠杆收益怎么分析比如建造金字塔的大石块？杠杆是帮助人们做到这点的简单工具。通过给使用者一个机械效益，它还可以使其他的体力劳动变得更简单。
你周围常见的杠杆例子有跷跷板，剪刀，独轮手推车，甚至还有你自己的下颌。虽然所有的这些杠杆都有相同的功能部件，但是它们不同部件的位置是不同的。用普通的杠杆举起一个重物需要用多少力呢？

背景
跷跷板和剪刀属于杠杆的一个特定种类，我们把它叫做第一类杠杆。第一类杠杆通常有一个横梁，它是刚性的，细长的，像一把尺子。横梁的两个端点之间是支点，或轴心点，横梁在这个点可以保持平衡并且可以绕着它自由地上下运动。使用者在一端放上要移动的重物。在另一端，使用者可以施加力来尝试移动这个重物。
杠杆工作的方式是把使用者施加的力加倍。具体地说，举起并平衡一个物体，使用者施加的力乘以它到支点的距离必须等于载荷力乘以它到支点的距离。所以，施加的力和支点之间的距离越大，用相同的力举起的载荷也越大。

材料
塑料拉链袋
剪刀
强力胶带
尺子（最好是硬的）
铅笔或钢笔
 一块肥皂（带包装的）
硬币（Penny一般指一美分，$3就是300枚。现在的锌制美分重量是2.5g一枚，比国内的5毛硬币略轻一些。这里可以改成200枚硬币之类的。）或其他更小的，尺寸都相同的很多物品，比如弹球或豆子（总共大约1.5磅——或700克）
一张桌子

准备
把带包装的肥皂用胶带牢固地缠在尺子的一端，让肥皂盒的边缘和尺子的末端对齐。剪下两段胶带，每段大约比尺子的宽度长出2.5厘米。把一条胶带粘在塑料袋侧面的中间位置，大概在袋子拉链下方一厘米左右，让它跟开口平行。向下压使胶带粘紧。把第二条胶带粘在袋子内部，跟第一条胶带在同一侧的同样位置。两条胶带要完全重合。还是压一下使胶带粘紧。把胶带粘过的部分横向对折用剪刀在距胶带顶端大约1.25厘米的地方剪一个水平的缝隙，刚好够尺子的宽度就可以。把尺子空着的一端水平地插入塑料袋的孔中，然后把袋子用胶带牢固地缠在尺子上。确保袋子不要被胶带封上口。

步骤
 在桌子的边缘用胶带粘一支铅笔或钢笔，让它与桌子的边缘平行。把尺子垂直地放在铅笔上面，有肥皂的一端留在桌子上，有塑料袋的一端悬挂在桌子边上。现在你的杠杆可以用啦。你觉得肥皂是杠杆的什么部分？尺子和铅笔呢？
移动尺子，让袋子距离铅笔6厘米。慢慢地在袋子中放入硬币或其他的小物体，直到肥皂刚好离开桌面且看起来跟硬币袋子平衡。让肥皂升起来需要多少个硬币？
 清空袋子，移动尺子使之距离铅笔12厘米。重新慢慢地在袋子中放入硬币或其他小物体，直到肥皂从桌子上升起并保持平衡。这次抬起肥皂用了多少硬币？这看起来与距铅笔的距离变化有什么关联？
清空袋子，移动尺子使之距离铅笔18厘米。还是慢慢地填充袋子直到肥皂离开桌子并且平衡。这最后一次升起肥皂用了多少个硬币？这和你基于前两次实验的预测相符吗？
拓展实验：距铅笔不同的距离抬起肥皂需要的硬币数量之间是什么样的图像关系？你可以再次尝试这个活动，但是测试不同的距离，然后做一个结果的曲线图，用y（垂直）轴表示距离，x（水平）轴表示硬币数量。图像关系看起来是怎样的？
 拓展实验：如果载荷加倍会怎么样？你可以通过再次尝试这个活动来测试，但是这次用两块肥皂。抬起两块肥皂需要两倍的硬币吗？如果用三块或四块肥皂会有什么结果？

观察和结果
袋子距离铅笔12厘米时抬起肥皂所需的硬币比袋子距离铅笔6厘米时的一半少吗？袋子距离铅笔18厘米的时候抬起肥皂所需的硬币又比这个数的一半少吗？
由于袋子和铅笔之间的距离增加，抬起肥皂需要的硬币或其他物体的数量减少了。然而，当距离加倍时，比如距离从6到12厘米，抬起肥皂所需的硬币数量并不是简单得变为一半。用杠杆平衡物体，施加的力（硬币）乘以它到支点（铅笔）的距离必须等于载荷力（肥皂）乘以它到支点的距离。所以，由硬币施加的用来抬起肥皂的力等于肥皂施加的力与之到支点距离的乘积除以硬币与支点之间的距离。

（翻译  刘夏，审校  曾诚）

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