人体杠杆

“给我一个支点，我就能撬动整个地球。”阿基米德的这句名言，想必同学们都不陌生。那他这句话说得有道理吗？其实，他的这个伟大想法运用了杠杆原理。在苏教版五年级《科学》下册第1单元“神奇的机械”的第2课《怎样移动重物》中，就为同学们详细讲解了杠杆原理在生产、生活中的应用。其实，我们的身体运动也有杠杆原理的体现，四年级的同学将会在《科学》下册第1单元“骨骼与肌肉”的第2课《关节》》和第3课《肌肉》中学习到。

接下来，南京市鼓楼区芳草园小学卢倩老师将带领同学们走进本期的“加油科学课”，和同学们一起运动起来，寻找运动中的人体杠杆！

同学们，你们能在撬地球的杠杆中找到它的支点、动力臂、阻力臂、动力和阻力吗？请在图中画出来吧！

不知道同学们画得对不对呢？我们一起来理理思路！

杠杆：能绕一个固定点转动的硬棒;

支点：杠杆绕着转动的点，通常用字母O来表示;

动力：使杠杆转动的力，通常用F1来表示;

阻力：阻碍杠杆转动的力，通常用F2来表示;

动力臂：从支点到动力作用线的距离，通常用L1表示;

阻力臂：从支点到阻力作用线的距离，通常用L2表示。

杠杆原理：动力F1x动力臂L1=阻力F2x阻力臂L2。

实际上，用杠杆移动地球是不可能的，但是杠杆作为一种简单机械，很多机器中都有它的存在。

2020年1月1日，首个华为智能无人店在武汉开业，消费者根据屏幕提示购物后，由一大两小的智能机械臂协同工作取货。首先，大机械臂抓取陈列箱运至操作台（负责取货）;然后，再由小机械臂抓取货物投放至出货口（负责出货）。从选定产品到取货仅需几分钟的时间，是智能售货的充分展示。早在前几年，实现喂食功能的机械臂、会表演的机械臂不断涌现，为生活带来了很多便利。

毋庸置疑，机械臂就是一个可以绕固定点旋转的硬棒一杠杆。其实，这样的机械臂仿造了人类的手臂。那么，我们的手臂是不是也是杠杆呢？人体中的运动是不是也和杠杆有关呢？

爱思考的你一定很好奇：组成人体运动系统的是骨、关节、肌肉，运动时，肌肉的收缩和舒张带动骨骼和关节的运动，这和杠杆有什么关系呢？让我们在运动中探寻其中的奥秘吧！

屈肘运动

我们一起来做！请你坐正后将肘关节固定在桌上，前臂自下而，上运动，托起一件重量适中的物体，注意肘关节不动哦！将物体轻轻放下，再来一次！先感受这里有没有杠杆。如果有，支点、动力、阻力又分别是什么？它们在哪里呢？想好了画一画，再往下看哦！

杠杆——我们的前臂是能够绕着固定点（肘关节）运动的骨头;

支点——肘关节;

动力——肱二头肌产生的带动前臂运动的力;

阻力——物体的重力。

你找对了吗？

你知道吗？当你举起一个重物，肌肉竟然要花费约6倍以上的力气。为什么会这么费力呢？试着用杠杆原理来分析，它会带给你全新的认识哦！如左图所示，我们找到支点（肘关节）到动力（肱二头肌的拉力）作用线的距离动力臂L1，再找到支点（肘关节）到阻力（物体的重力）作用线的距离一一阻力臂L2，I可以看到：动力臂L1<阻力臂L2。根据动力F1x动力臂L1三阻力F2x阻力臂L2，所以动力F1必须大于阻力F2，显然这是一种费力杠杆。

虽然费力，但是它可以节省距离（少移动距离），且加快速度，提高工作效率;因此费力杠杆也称为速度杠杆。

踮脚运动

我们每天行走时，轻轻松松就可以抬起自己的身体。而如果我们想抬起和自己体重一样的物体，可就非常费力了。你知道为什么吗？这和我们研究的杠杆有关系吗？

现在，我们一起慢慢踮起脚尖，两秒钟后，放下脚跟，再来一次。试着找一找其中的杠杆在哪里，支点、动力、阻力在哪里。这确实是一个变形的杠杆：

杠杆——我们脚部的骨头，它们形成一个整体，能够绕着脚尖转动;

支点——脚尖部位;

动力——腿肚肌肉产生的拉力，带动杠杆运动;

阻防——人体的重力。

踮脚确实很轻松，抬起重物却很费劲，难道这个脚部的杠杆能为我们省力吗？

我们一起来分析。如左图所示，我们找到支点（脚尖）到动力（腿部肌肉的拉力）作用线的距离，即动力臂L1;找到支点（脚尖）到阻力（人体重力）作用线的距离，即阻力臂L2。显而易见，动力臂L1>阻力臂L2。根据杠杆原理，動力F1x动力臂L1=阻力F2x阻力臂L2，可以得出动力F1<阻力F2，这个杠杆是省力杠杆。而且同样体重下，脚越长，动力臂越大，就越省力。

点头运动

原来，在我们的身体运动时，不仅有杠杆的应用，还有省力杠杆和费力杠杆之分呢！我们的身体是不是很奇妙呢？说到人体运动，点头、低头可以算得上是频率最高的运动之一了。那么，点头、低头中有杠杆原理的应用吗？

请你和同桌一起做！坐端正，慢慢地低下头，然后轻轻地抬起头，再来一次，你找到其中的杠杆了吗？如果你找到了，请你把它的几个要素画在右图中！

头颅绕着脊柱顶端转动，就是一个变形的杠杆：

支点一脊柱顶端是固定不动的点;当我们低头时，动力一头颅的重量，脊柱前后肌肉带来的力量;当我们抬头时，则恰好相反。

我们认为，支点到动力作用线的距离约等于支点到阻力作用线的距离，如右图所示。因此，动力大致等于阻力，这个杠杆既不省力，也不费力，我们称之为等臂杠杆。

不知不觉，相信同学们已经学会了分析人体杠杆的方法，恭喜大家在科学探索的道路上又有了进步！接下来，欢迎大家进入最后的挑战环节！

划战俯卧撑俯卧撑是常见的健身运动，主要锻炼上肢、腰部及腹部的肌肉，在日常训练、体育课及军事体能训练中都是一项基本训练。如果条件允许，请你试着做两个俯卧撑吧！

怎么样？是不是有点难？确实，对于大部分人来说，这是一项具有挑战性的运动。你觉得俯卧撑运动涉及省力杠杆、费力杠杆，还是等臂杠杆呢？

像之前土样，我们先找到杠杆的支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂。

杠杆——人的整个身体;

支点——脚与地面的接触点;

动力——地面对手臂的支持力;

阻力——人体的重力;

动力——臂手掌与脚的距离;

阻力臂——腰到脚的距离。

看到了吗？动力臂L1>阻力臂L2，根据杠杆原理的公式，动力F1x动力臂L1牛阻力F2x阻力臂L2，可以得出动力F1<阻力F2。其实，这是一个省力杠杆。

虽然俯卧撑运动中的杠杆是省力杠t杆，但是对于提供动力支撑的手臂来说，也是非常有挑战性的，所以我们感觉到俯臣卧撑有些难。

工中人体中还有很多杠杆原理的应用，当你弯腰起身时，当你摆手或咀嚼食物时，是否也用到了杠杆原理呢？你会分析它们吗？期待你能更多地尝试和发现，更全面地认识人体！

实际上，华为商店用到的机械臂、机械爪都是人体杠杆的应用延伸，细心的你七定能够主动体验、主动观察，用科技改变生活！