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本學期小六自然課程第一單元為【認識槓桿】,

佑孳學苑】利用這個機會來簡單講解一下,

在日常生活中,

哪些經常使用到的小工具是應用了槓桿吧!

 

首先,什麼叫做「槓桿」呢?

答案是:有支點施力點抗力點的工具就稱為「槓桿」。

 

利用槓桿,我們可以達成「省力」、「省時」或是能「改變方向」等目的。

實驗:原本Liz無法獨自移動笨重紅豆杉木椅

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但經過「槓桿」工具的使用,Liz現在可以輕鬆移動笨重的木椅囉!

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而孩子們最愛的「翹翹板」也是屬於「槓桿原理」的應用。

當「施力」與「抗力不平衡時,「翹翹板」其中一端就會翹起來。

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而當「施力」與「抗力」達到平衡時,「翹翹板」就會保持平衡的狀態。

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施力」與「抗力」達到平衡時,

施力點對支點力距,必定等於抗力點對支點力距

因此,我們可以得到平衡公式施力 X 施力臂 = 抗力 X 抗力臂

 

所以,透過平衡公式我們可以了解到:

1.施力臂>抗力臂,槓桿較省力,因其施力點到支點的距離較長。

2.施力臂<抗力臂,槓桿較費力,因其抗力點到支點的距離較長。

3.施力臂=抗力臂施力等於抗力,但可以獲得方向的改變

(例如:升降旗的旗桿)

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對「槓桿原理」有基本的認識後,

我們來看看日常生活當中,有哪些小工具是屬於「槓桿原理」的應用吧。

 

第一種槓桿:支點在中間,而支點的位置決定了省力或不省力。
常見的有:剪刀翹翹板天平指甲剪尖嘴鉗等等。

剪刀(因支點位置形成抗力臂較長,所以較費力)

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剪刀(因支點位置形成抗力臂較短,所以較省力)

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天平(支點在中間)

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指甲剪(支點在中間)

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尖嘴鉗(支點在中間)

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第二種槓桿:抗力點在中間,施力臂>抗力臂,所以永遠省力。
此類工具常見的有:搾汁器開瓶器釘書機裁紙刀等等。

開瓶器(抗力點在中間)

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釘書機(抗力點在中間)

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裁紙刀(抗力點在中間)

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第三種槓桿:施力點在中間,故永遠不省力,但省時或者較方便。
生活中常見的有:掃帚筷子鑷子釣竿夾子、球棒等等。

筷子(施力點在中間)

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鑷子(施力點在中間)

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看完這麼多講解,小編在這裡出一題「應用問題」來考考大家。

Q:如果我們在距離支點第6格處掛上2個10克重的砝碼,
那麼,我們應該在支點第4格處掛上幾個10克重的砝碼,
才能使得槓桿平衡呢?

讓我們透過實驗操作來解題:
首先,我們準備了砝碼

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以及天平

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並在面對我們的右端第6格處掛上2個各10重的砝碼

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解題算式如下:

首先我們已經知道槓桿平衡公式

施力 X 施力臂 = 抗力 X 抗力臂

於是我們帶入數據得到等式為:

(10X2 ) X 6 = (10X? ) X 4

120 = 40 X ?

 ? = 3

所以答案是:3個10克重的砝碼!

 

已知一平衡的槓桿,抗力臂左邊第7格處掛2個各10公克重的砝碼,施力臂右邊第5格處掛1個20公克的砝碼,第2格處應掛幾個10公克的砝碼

解題算式如下:

施力 X 施力臂 = 抗力 X 抗力臂

於是我們帶入數據得到等式為:

(10X2 ) X7 = (20X1) X5 + (?X10X2

140 =100  + (?X10X2

 ? =2

所以答案是:2個10克重的砝碼!

 

輪與軸

輪與軸是屬於同心圓,輪半徑>軸半徑,所以施力臂>抗力臂,是省力工具。如把手、螺絲起子、削鉛筆機、風車及風力發電機........等。miemie_4.gif

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軸帶輪,施力臂<抗力臂,是屬費力工具,但可節省時間、操作方便。例如:桿麵棍........miemie_5.gif

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腳踏車的腳踏板是輪帶動軸,屬省力。但經鍊條帶動後輪軸,再以軸帶動輪,屬費力。雖費力,卻可節省時間,以利到達目的地。miemie_8.gif

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滑輪:定滑輪、動滑輪、滑輪組

滑輪是有凹槽的輪子和繩子所組成,拉動繩子會帶動滑輪轉動

使用定滑輪工作時,輪重20公克物重30公克,由彈簧秤所測得手施力為50公克重,剛好與重物的重量相同 ˉ

定滑輪-不省力也不費力,一上一下,施力方向相反,如升降旗、窗簾。              (施力臂=抗力臂)

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動滑輪-施力臂>抗力臂(即圓的直徑>半徑),屬省力工具(可施一半的力量。就可將物體拉上來).  缺點:物重上升方向和施力方向相同.

動滑輪-滑輪會隨繩子上下移動位置(搬運重物的工具),輪重20公克物重30公克,由彈簧秤測得所施力為25公克,比(滑輪加物重)的重量小,是省力。

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滑輪組-定滑輪與動滑輪的組合,有動、定滑輪的優點,既省力,施力方便samwoo_14.gif

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經過【佑孳】的簡單實驗及自然教學,

相信大家對於[槓桿]有更進一步的認識了吧!

那麼,我們下次再見囉!

 

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