杠杆的历史（讲义）

杠杆的历史 杠杆是一种简单机械。在力的作用下能绕着固定点转动的硬棒就是杠杆。在生活中根据需要，杠杆可以是任意形状。 1、 中国古代杠杆的应用 中国的机械工程技术源远流长，内涵丰富，成就至为辉煌。它与中华民族的形成和发展同步成长，对社会经济文化的增长起到了极为重要的作用。杠杆是最简单的机械，当原始人拾起一根棍棒企图撬动一块石头时，实际上就已在使用杠杆。 旧石器、新石器时代的石质工具如石斧、骨质工具如骨耜，其上都凿有孔，以便安装木柄，表明当时已是有意识地使用杠杆。 古人对杠杆的利用主要是集中在桔槔（jié gāo）、石碓、藉车、秤。 明代罗颀（qí）所编的《物源》一书说“伊尹（yī yǐn）始作桔槔”。伊尹是商汤的贤臣，也就是说，它产生于约公元前1700年。将一根粗木杆支架于立柱上就可以造成简单的桔槔。春秋时期，桔槔被普遍用作农田灌溉机械。 孔子的爱徒子贡从楚国游历回来，在返回晋国时路过汉水南岸，结果遇到一位浇灌莱园子的老人。老人挖了一条沟渠通到井边，然后抱着一个瓦罐井下井上地取水、挠地。子贡看到老人非常辛苦，上前问：“老人家，你怎么不用一种效率很高的机械呢？用它一天就可以挠灌一百多畦（qí）的菜地。”老人抬起头来看看子贡说：“那是怎么做到的呢？”子贡回答：“它是用木头做成的一种机械，后端重、前端轻，用它提水就像把水吸上来一样方便， 一会儿菜园里就像泉水涌溢一样。这种机械叫桔槔。 在两汉《说苑·仅质》也有记载“卫有五丈夫,俱负缶而入井,灌韭,终日一区。邓析过,下车为教之曰:“为机,重其后,轻其前,命曰桥。终日灌韭百区,不倦”。这里所说的槔、桥都是指桔槔。在河边、井边竖一立木，或就地利用树杈，架上一根横木，一端绑上配重，另一端系绳及汲水器，用这种机械灌溉，其功效比抱缶而溉要高得多。 藉车也叫抛石机，与桔槔相同，同样利用杠杆的原理，是一种攻守兼备的战具。春秋末期《范蠡兵法》记载“飞石重十二斤，为机发，行二百步。” 藉车的结构是：固定柱长为十七尺，埋在地下约四尺，捽（zuó ）臂长三十至三十五尺，小于二十四尺的不能用。古人不是用一根粗大的圆木做捽臂，而是用铁丝将几根较细的圆木捆绑在一起，既增加了的捽臂强度，又增加了弹性。支点放在捽臂的四分之三处，捽臂的一端叫上端，在其顶端系一装石用的马颊。马颊长二尺八寸，为确保投石的速度与距离，以支点为中心，在捽臂的两边各装一个飞轮，名“困”。它将人的部分拉力形成的动能积蓄在飞轮之中，当抛石的一瞬间释放，来帮助石块抛掷。 古代人在杠杆类器物中最重要的发明是衡器或秤。一种是等臂的，一种是不等臂的。《汉书·律历志》“权与物钧而生衡”，“权”又名秤锤，它如果与所需衡量的物品重量相同，等臂秤就会平而不斜。《史记·仲夷弟子列传》“千钧之重，加铢两而移”，“移”字表示在秤杆上终移动权的位置。 中国南朝画家张僧繇（ yáo）所绘的《二十八宿神像图》中，就有一人手执一根有三个支点的秤。这是迄今最早的杆秤图。该秤有三纽，第三纽约在秤杆的五分之二处，与现代使用的杆秤极为相似。同一时代的敦煌莫高窟的北魏执秤图，秤的制作比较原始，保留了不等臂的痕迹。 石碓是古老的农用工具，古人利用杠杆原理减轻了人力付出，需要人们团结协作踩出最香甜的粑粑，为过年增加了实实在在的味道。 二、杠杆原理的提出 阿基米德在《论平面图形的平衡》一书中最早提出了杠杆原理。他首先把杠杆实际应用中的一些经验知识当作“不证自明的公理”，然后从这些公理出发，运用几何学通过严密的逻辑论证，得出了杠杆原理。 阿基米德对杠杆的研究不仅仅停留在理论方面，而且据此原理还进了一系列的发明创造。据说，他曾经借助杠杆和滑轮组，使停放在沙滩上的桅船顺利下水。在保卫叙拉古免受罗马海军袭击的战斗中，阿基米德利用杠杆原理制造了远、近距离的投石器，利用它射出各种飞弹和巨石攻击敌人，曾把罗马人阻于叙拉古城外达3年之久。 关于杠杆的工作原理，在中国历史上也有记载过。战国时代的墨家曾经总结过这方面的规律，在《墨经》中就有关于天平平衡的记载：“衡木：加重于其一旁，必锤——重相若也。”这句话的意思是：天平衡量的一臂加重物时，另一臂则要加砝码，且两者必须等重，天平才能平衡。这句话对杠杆的平衡说得很全面。里面有等臂的，有不等臂的；有改变两端重量使它偏动的，也有改变两臂长度使它偏动的。这样的记载，在世界物理学史上也是非常有价值的。 杠杆原理是一个重要的物理学原理，被广泛应用于工程、建筑、机械、交通等各个领域。它是人类智慧的结品，也是科技发展的重要组成部分，它的研究和应用将继续推动着人类社会的进步。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$