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输入计算

数学公式

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结果

机械优势
4
× (输出力 ÷ 输入力)
动力(输入) 50
负载力(输出) 200

什么是杠杆计算器?

杠杆是六大经典简单机械之一:一根绕支点转动的刚性杆。本计算器运用杠杆原理,帮你求出任意杠杆的机械优势(MA),以及它所能产生的输出力(负载力)。只要你输入从支点量起的动力臂和阻力臂,无论是一类、二类还是三类杠杆都同样适用。

在支点上平衡的杠杆,动力和阻力位于两侧力臂
杠杆:动力和阻力作用于支点两侧,力臂长度分别为 \(d_{in}\) 和 \(d_{out}\)。

如何使用

输入动力臂——也就是从支点到你施力点的距离(\(d_{in}\))——以及阻力臂——从支点到负载的距离(\(d_{out}\))。长度单位任选,只要前后一致即可。你还可以选填自己施加的动力(\(F_{in}\)),即可算出对应的负载力。机械优势会告诉你这根杠杆把你的力放大了多少倍。

公式详解

力矩平衡原理指出,处于平衡的杠杆满足 $$F_{in} \cdot d_{in} = F_{out} \cdot d_{out}$$ 变形后即可得到机械优势 $$MA = \frac{d_{in}}{d_{out}} = \frac{F_{out}}{F_{in}}$$ 当 \(MA\) 大于 1 时,杠杆放大了力(用距离换取力);当 \(MA\) 小于 1 时,则是放大了距离和速度。

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三类杠杆,显示支点、动力和阻力的位置
三类杠杆的区别在于支点、阻力和动力的排列方式。

实例演算

一根撬棍的动力臂为 100 cm,阻力臂为 25 cm。$$MA = \frac{100}{25} = 4$$ 如果你以 50 N 的动力去撬,负载力就变为 $$50 \times 4 = 200 \text{ N}$$ ——撬棍把你的力放大到了四倍。

常见问题

应该用什么单位?任何单位都行,只要前后一致。两个力臂的长度单位彼此匹配即可;力的单位则取决于你输入的单位(N、lbf、千克力等)。

MA 小于 1 代表什么?说明杠杆减小了力,但增大了速度和运动范围——这是三类杠杆的典型特征,比如人的前臂或一根鱼竿。

这会考虑摩擦或杆自身的重量吗?不会。这是一个理想模型,假定杆刚性、无重量、支点无摩擦。对于大多数设计估算和作业题来说,精度已经足够。

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