杠杆的应用原理（杠杆的放大原理）

　 杠杆的放大原理

能量守恒定律的两种说法:

笫一种说法:

能量守恒定律：在一个孤立系统（或称封闭系统）中，总能量保持不变。

★.孤立系统 : 孤立系统是在热力学中，与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统称为孤立系统。

任何能量或质量都不能进入或者离开一个孤立系统，只能在系统内移动。也就是说一个系统没有输入输出。

这种说法有一个缺陷，就是没考虑一个系统的输入能量等于输出能量这种情况。

第二种说法:

能量既不能消灭，也不能创生，它只能由一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移给其他物体, 这就是能的转化和守恒定律。

这种说法包括全面，但也不适用于杠杆系统和液压系统。也就是说，杠杆系统和液压系统能量可以不守恒，即输入不等于输出。下面请看具体分析。

爱因斯坦号称世界最强大脑，竟然也信了。

　如图1所示，是一个达到平衡状态的杠杆系统。

假定杠杆本身是平衡的，计算时就不用考虑了。

钢球1的质量大，为m1，钢球2的质量小，为m2，它们两个可以使杠杆达到平衡转动。其力臂分别用L1和L2表示。

★.元系统、简单系统与复合系统、复杂系统，无机系统与有机系统。

元系统或称简单系统。元系统就是不能再分割的系统，是复杂系统的组成单元。如一个支点和一根棍子组成一个杠杆系统。

复合系统，就是由若个元系统或物体组成的组合系统。复合系统存在结构问题、形式问题。结构和形式不同，系统的能效就不同。所谓“人多瞎胡乱，鸡多不下蛋”。

有特殊运行机制的的复合系统也可称复杂系统。如杠杆系统和液压系统。多个简单系统的累加不能称复杂系统。

无机系统就是简单堆砌而成的系统，组成系统的元系统之间没有特殊运行机制。

有机系统就是有特殊运行机制的复合系统，组成系统的各元件或元系统之件有特殊的运行规律，如杠杆或液压原理。

鄙人仔细看了一下高中课本关于能量守恒的描述，都是考察的简单系统、无机系统，没有考察复杂系统、有机系统。否定能量守恒定律的两个最大“嫌疑犯”----杠杆系统和液压系统，没有加以审查。因此，才犯了错误。

一念成佛，一念入魔。科研工作者，可不慎欤？

所以说是错误，是因为不用进行力学分析，仅凭逻辑思维，就可以知能量守恒定律不适于杠杆系统。假设能量守恒，人用手把石块搬到一定高度，和利用杠杆把石块撬到一定高度，消耗的化学能都会等于石块的重力势能和动能之和，使用杠杆就没有了意义。或者说，杠杆不管如何使用，消耗的能量都一样多。

★.发力体，受力体和转移体。

发力体或称能量发射体、能量生产者。如人体消耗的就是有机物燃烧产生的能量即化学能。人用手劳动就是消耗体内能量，是能量生产者。

受力体就是能量接受者，如人就是地球引力的接受者。壶和其中的水就是碳能量的接受者。

转移体或称转移者，就是把自己接受的能量传递给其它物体。如用手扔一个钢球与另一个钢球相撞就把人的化学能通过动能的形式传递给另一个钢球。

★.孤立系统与开放系统。

孤立系统就是没有输入输出的系统。

开放系统就是非孤立系统，就是有输入输出的系统。开放系统一般都是复合系统。

★能量与力。

力就是能量的释放。教科书说的没错，不过是从表面说的。此是从本质上说的。在运作方式一定的情况下，作用力与消耗的能量成正比。

要对杠杆的放大原理进行分析，必须用冲量原理（冲量I=FT=M*G*T，F如果是均匀变量用其平均值）进行分析，不能用势能和动能相互转换的原理进行分析。原因是:

此系统是复杂系统、开放系统，存在结构和运行机制问题。

近期，根据高度越大地球引力越小的原理，通过计算得知：重物坠落，重力势能越来越小而不是越来越大。动力学的有关理论需要重构。

现在先假如杠杆两端不是钢球，而是与钢球重量等值的手掌力下压，人手可以用不同速度下压或压住静止不动。既使静止不动，也存在能量消耗，其能量消耗与力度、时间成正比。

根据以上论述，不能用势能动能互相转换那一套来计算。只能用冲量原理或说冲量能（F*t*常量为常量能）来计算。

把人手改为钢球，因为有等效作用，所以也可以用冲量能来计算。

如果短臂端为钢球，长臂端为人手，显然，不能一边用冲量能来计算，一边用动能势能转化来计算。

杠杆系统是开放系统，有输入输出。我们只要计算一下输出是否大于输入，就可知杠杆系统是不是放大系统。长臂端为输入，短臂端为输出。

让杠杆短臂端即钢球1从虚线1转动到虚线2处，钢球2的冲量I2=M2*G*T，钢球1的冲量I1=M1*G*T，钢球1与钢球2用的时间相同，都用T表示。钢球2的冲量通过杠杆传递给钢球1，并进行了放大，其比值为M1/M2。

两边力矩相等，即M1* L1=M2*L2。转换一下形式为:M1/M2=L2/L1。

两个钢球冲量的比值也为M1/M2，因此，冲量的比值等于L2/L1。即为长臂端力臂除以短臂端力臂。如果长臂端是短臂短的5倍，也就是输出是输入的5倍，即能量放大了5倍。

也就是说人消耗的化学能（一个发力体消耗的能量）与冲量正相关，也即与作用力正相关。用的力小，消耗的能量就少；用的力大，消耗的能量就多。

综上得出结论:一个发力体消耗的能量与冲量正相关。即为FT*常量。用冲量式计算出的能量可称之为冲量能。

这样分析，正好与生产生活实践相契合。我们庄戶人撬大石头，总是要用尽量长的撬棍，这样比较省力。

如古人攻城用的砲石飞车或称抛丸机，就是基于此原理。石丸冲量可以让敌方魂飞魄散，墙倒屋塌。当然抛丸机是反着用的，并且不是平衡转动。这样可以让石丸的动能大些、抛得远些。但复位时，人也不需要用很大的力。

其实，不用进行能量分析也知能量守恒定律是错的。

（1）假如能量守恒，作为输入能量，人体消耗的化学能就会等于钢球1的势能和动能之和。使用杠杆就无仼何意义。

（2）如果杠杆支点两边力臂和钢球重量相等，输入就等于输出，能量是守恒的。

（3）如果杠杆反着用，就是能量缩小，输入大于输出。但抛丸机消耗的是大量石块的冲量能，虽然是能量缩小，但消耗的不是人体的能量。

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