核心概念
物理學
槓桿
力
工具
質量
引言
你有沒有想過古代人是如何舉起非常重的物體，例如巨石來建造金字塔的？槓桿是一種簡單的機械，可以幫助人們做到這一點。它還可以透過為使用者提供機械優勢，使其他型別的體力勞動更容易。
你周圍常見的槓桿例子有蹺蹺板、剪刀、獨輪車，甚至是你的下巴。雖然所有這些槓桿都有相同的功能部件，但它們的不同部件的位置各不相同。使用常見的槓桿型別舉起重物需要多少力氣？
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背景
蹺蹺板和剪刀屬於一類槓桿，稱為第一類槓桿。第一類槓桿通常有一個剛性、長而薄的梁，就像尺子。在梁的兩端之間是支點，或樞軸點，這是梁可以平衡並在其周圍自由上下移動的點。在一端，使用者放置要移動的負載。在另一端，使用者可以施加努力或力，以嘗試移動負載。
槓桿的工作方式是透過乘以使用者施加的努力。具體而言，為了舉起和平衡物體，使用者施加的努力力乘以其到支點的距離必須等於負載力乘以其到支點的距離。因此，努力力與支點之間的距離越大，在相同努力力下可以舉起的負載就越重。
材料
• 塑膠拉鍊三明治袋
• 剪刀
• 強力膠帶
• 尺子（最好是硬的）
• 鉛筆或鋼筆
• 一塊肥皂（仍在包裝中）
• 便士（價值約3美元）或其他大小相同的小物品，如彈珠或豆子（總共約1.5磅或700克）
• 一張桌子
準備
• 用膠帶將包裝好的肥皂牢固地貼上在尺子的一端，使肥皂的末端與尺子的末端對齊。
• 剪下兩條膠帶，每條膠帶比尺子的寬度長約2.5釐米。
• 將一條膠帶放在塑膠袋一側的中心，大約在袋子的拉鍊下方一釐米處，並與開口平行。向下按壓以牢固貼上膠帶。
• 將第二條膠帶放在袋子內部，與第一條膠帶在同一側和位置。膠帶應完全重疊。再次向下按壓以牢固貼上膠帶。
• 將貼上的部分寬度方向對摺。使用剪刀在膠帶上剪一個水平縫，距離膠帶頂部約1.25釐米，寬度剛好夠尺子透過。
• 將尺子的空端水平插入塑膠袋的孔中，並將袋子牢固地貼上在尺子的末端。確保袋子沒有被膠帶粘住。
步驟
• 用膠帶將鉛筆或鋼筆貼上在桌子邊緣，使其與桌子邊緣平行。將尺子垂直放在鉛筆的頂部，使帶肥皂的一端放在桌子上，而帶塑膠袋的一端懸掛在桌子邊緣。
• 你現在有了一個可以使用的槓桿。你認為肥皂是槓桿的哪一部分？尺子和鉛筆呢？
• 移動尺子，使袋子距離鉛筆六釐米。
• 慢慢地將便士或其他少量物品放入袋子中，直到肥皂剛好從桌子上抬起，看起來與袋子裡的便士平衡。需要多少便士才能抬起肥皂？
• 清空袋子並移動尺子，使袋子現在距離鉛筆12釐米。再次，慢慢地將便士或其他小物品放入袋子中，直到肥皂抬離桌子並保持平衡。這次需要多少便士才能抬起肥皂？這與距離鉛筆距離的變化有什麼關係？
• 再次清空袋子並移動尺子，使袋子現在距離鉛筆18釐米。再次，慢慢地填滿袋子，直到肥皂抬離桌子並保持平衡。最後一次需要多少便士才能抬起肥皂？它是否符合您之前兩次測試槓桿時的預期？
• 額外：當肥皂距離鉛筆不同距離時，抬起肥皂所需的便士數量之間的圖形關係是什麼？您可以再次嘗試此活動，但測試不同的距離，然後繪製結果的折線圖，將距離放在 y（垂直）軸上，並將便士的數量放在 x（水平）軸上。圖形關係是什麼樣的？
• 額外：如果負載加倍會發生什麼？您可以再次嘗試此活動進行測試，但這次使用兩塊肥皂。抬起兩塊肥皂是否需要兩倍的便士？如果使用三塊或四塊肥皂呢？ 觀察和結果
當袋子距離鉛筆12釐米時，抬起肥皂所需的便士數量是否少於袋子距離鉛筆6釐米時的一半？當袋子距離鉛筆18釐米時，抬起肥皂所需的便士數量是否少於這個數量的一半？
隨著袋子與鉛筆之間的距離增加，抬起肥皂所需的便士或其他物體數量減少。但是，當距離加倍時，例如從 6 釐米到 12 釐米時，抬起肥皂所需的便士數量不會簡單地變成一半。要使用槓桿平衡物體，努力力（便士）乘以其到支點（鉛筆）的距離必須等於負載力（肥皂）乘以其到支點的距離。因此，抬起肥皂所需的便士所施加的力等於肥皂所施加的力乘以肥皂與支點之間的距離，所有這些都除以便士與支點之間的距離。
更多探索
“不傾斜”，來自大眾科學
“槓桿”，來自V. Ryan，在Technologystudent.com
“逃離梅林的迷宮”，來自CYBERCHASE Thirteen/WNET，紐約教育廣播公司
“槓桿”，來自Petervaldivia
用槓桿舉起來”，來自科學夥伴
此活動由科學夥伴和網路追逐合作推出