對杠杆原理的運用
物理學中把在力的作用下可以圍繞固定點轉動的堅硬物體叫做杠杆。它是簡單機械的一種。我國先民很早就掌握了杠杆原理,並把它運用到生活、生產實踐中。
古代先民認識到,要使杠杆達到平衡,動力和阻力就要均衡或都處於靜止狀態,並且知道延長力臂可以增大力量。
孔子的弟子子貢南遊楚國,從晉國返回,經過漢陰,看到一位老人正在為菜圃灌溉。他挖了一條深深的甬道通到井水邊,抱著一個大瓦罐來回取水,費神費力,卻是事倍功半。
子貢對老人說:“我知道有一種機械,一天可以灌溉百畝田
地,用力極少而功效顯著,難道您不想試試這種奇妙的東西麼?”
老人從甬道中抬起頭來看看子貢,問道:“這種機械是怎麼樣的呢?”
子貢答道:“用鑿子鑽通木杠,做成機樞,後端較重而前端較輕,用這種工具取水就如同用管子抽取井水一般便利,安逸省力,好像從鍋裏舀出開水。這個好東西的名字叫做‘槔’!”
老人聽完子貢的話,既怒且笑,說:“我的師傅告訴我,使用機械必然要使用機關樞紐,研究機關樞紐必然要具備機心。一個人的胸中存了機心,心地便不再純樸,心地不夠純樸則心神不能安定。而心神不定的狀態,不是自然之道所追求的狀態。像你說的那種機械,我不是不懂,隻是羞於使用而已。”
子貢聽了老人的話,垂頭不言。
杠杆是最簡單的機械,杠杆的使用或許可以追溯至原始人時期。當原始人拾起一根棍棒和野獸搏鬥,或用它撬動一塊巨石時,他們實際上就是在使用杠杆原理。
石器時代人們所用的石刃、石斧,都用天然繩索把它們和木柄捆束在一起;或者在石器上鑿孔,裝上木柄。這表明他們在實踐中懂得了杠杆的經驗法則:延長力臂可以增大力量。
杠杆在我國的典型發展是秤的發明和它的廣泛應用。在一根杠杆上安裝吊繩作為支點,一端掛上重物,另一端掛上砝碼或秤錘,就可以稱量物體的重量。
南朝宋時的畫家張僧繇所繪的《二十八宿神像圖》中,就有一人手執一根有多個支點的秤。
可變換支點的秤是我國古代勞動人民在杆秤上的重大發明,表明了我國古人在實際上已經完全掌握了杆秤的原理。
《漢書·律曆誌》記載:權與物鈞而生衡。權又名秤錘,它如果與所需衡量的物品重量相同,等臂秤就會平而不斜。
《史記·仲夷弟子列傳》記載:“千鈞之重,加銖兩而移。”“移”字表示在秤杆上終移動權的位置。從這些文字記載看來,最遲在春秋時期已有各種類型的衡器。
迄今為止,考古發掘的最早的秤是在湖南省長沙附近左家公山上戰國時期楚墓中的天平。它是公元前4世紀至公元前3世紀的製品,是個等臂秤。不等臂秤可能早在春秋時期就已經使用了。