首先是齒條千斤頂,原理圖如下所示。齒條千斤頂是純粹的機(jī)械式千斤頂。從它長(zhǎng)長(zhǎng)的搖柄不難看出,它省力是因?yàn)楦軛U原理。這和轆轤省力的原理是一樣的。
接下來(lái)是螺旋千斤頂,它也利用的是杠桿原理。和上面的齒條千斤頂一樣,這種千斤頂之所以省力是因?yàn)榕涮椎膿u桿比較長(zhǎng),它的內(nèi)在機(jī)制簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是力的傳送。
不管是齒條千斤頂還是螺旋千斤頂,它們本質(zhì)上都是一種力的傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)際使用起來(lái)并不是很省力。而.省力千斤頂應(yīng)該就是液壓千斤頂了。對(duì)于液壓千斤頂,大家多多少少應(yīng)該用過(guò),或至少應(yīng)該見(jiàn)過(guò)。這種千斤頂似乎是力大無(wú)窮的,好像能舉起任何重物。
從上方的千斤頂原理圖中可以看出,液壓千斤頂其實(shí)就是一個(gè)液壓系統(tǒng)。接下來(lái)筆者就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下液壓千斤頂舉起重物的理論依據(jù)——帕斯卡原理。
帕斯卡原理簡(jiǎn)單地說(shuō),就是在液壓系統(tǒng)中一個(gè)活塞上施加一定的壓力,這個(gè)活塞表面壓強(qiáng)的增加必將在另一個(gè)活塞上產(chǎn)生相同的壓強(qiáng)增量,用公式表示就是:
不過(guò)省力的千斤頂用起來(lái)可不一定省時(shí),因?yàn)樾』钊陆蹬c大活塞上升的高度和兩個(gè)活塞的面積是成反比的——活塞面積越小,需要上升或下降的高度越大。因此,千斤頂?shù)拇竺娣e比同時(shí)也意味著按壓小活塞的次數(shù)的增多。
日常生活中不管是使用上面的哪一種類型的千斤頂提升重物,你可能都會(huì)覺(jué)得省了好多力氣,但其實(shí)這樣說(shuō)只說(shuō)對(duì)了一半。意思就是,雖然使用它們確實(shí)比不使用要省力,但是你耗費(fèi)的總能量卻沒(méi)有變。拿液壓千斤頂來(lái)說(shuō),按壓一次小活塞確實(shí)很省力,但是要升起重物,我們需要反復(fù)按壓好多次,因而所需輸出的總能量并沒(méi)有變,能量前前后后都是守恒的。
進(jìn)一步地說(shuō),生活中的各種省力器材,包括千斤頂、動(dòng)輪滑、斜面、杠桿等等,都是省力不省功的。使用它們并不會(huì)使你獲得額外的力量,在某種程度上它們只是采用了“分而治之”的策略,讓你成功實(shí)現(xiàn)給看似不可能抬起來(lái)的重物做功。