力学和机器

多年来，人们一直在与重力和摩擦力作斗争。幸运的是，我们现在拥有各种机器来帮助我们。在本维基教科书中，你将探索不同类型的机器，了解它们是如何工作的，并发现使用简单的机器来完成伟大的壮举并非新鲜事。

动起来

摩擦

摩擦力是阻碍一个表面相对于另一个表面运动的力。这种力对运动物体产生阻力，并导致它们停止运动。轮子或滚轴有助于减少运动接触表面之间的摩擦。但你也可以使用像油或润滑脂这样的浓稠液体来减少摩擦。它们是润滑剂——能够减少摩擦的物质。润滑脂形成一个光滑的层，使物体更容易滑动。滚珠轴承是小的球体，它们通过防止金属表面相互摩擦来帮助减少机器内部的摩擦。自行车在车轮连接到车架的地方有滚珠轴承。

然而，由于摩擦的存在，轮胎才不会打滑，自行车才能前进。

简单机械

斜面

斜面是一种简单的机器，它有助于提升或降低负荷。斜面的一个例子是坡道。斜面使你能够在更长的距离上施加更小的力来完成给定的工作量。它看起来像一个平坦的倾斜表面。

杠杆

杠杆是一种机器，它由一根放置在支点上或由支点支撑的横梁组成，支点被称为支点。杠杆允许通过在另一端施加较小的力，在较大的区域上分配较大的力，在较小的区域上产生较大的力。杠杆有三种类型。

• 第一类 - 支点位于中心，在力的作用点和阻力（负载）之间。例如剪刀。
• 第二类 - 阻力位于中间，力的作用点位于一边，支点位于另一边。例如独轮车和开瓶器。
• 第三类 - 力的作用点位于中间，支点位于一边，阻力位于另一边。例如镊子或人类的颌骨。

日常机器

剪刀

剪刀是一种手动操作的切割工具。它由一对金属刀片组成，刀片以铰链方式连接，使当与铰链相反的把手（弓形部分）闭合时，刀片上的锋利边缘彼此滑动。剪刀用于切割各种薄材料，如纸张、纸板、金属箔、薄塑料、布料、绳索和电线。剪刀也可以用于剪头发。剪头发的剪刀具有特定的刀片角度，适合剪头发。使用错误的剪刀剪头发会导致头发损伤或分叉，因为头发会断裂。食物剪，也被称为厨房剪，用于切割和修剪食物，例如肉类。剪头发的剪刀和剪刀在功能上是等效的，但较大的工具往往被称为剪刀。

针对不同的特殊用途，存在着各种各样的剪刀和剪刀。

现代剪刀通常采用符合人体工程学的设计，把手采用复合热塑性塑料和橡胶材料，使使用者能够施加强力握持或精准握持。

早期制造：在中世纪和文艺复兴时期，弹簧剪刀是通过加热一根铁条或钢条，然后在铁砧上将两端压平并塑造成刀片来制造的。将铁条的中心加热，弯曲成弹簧形状，然后冷却并再次加热使其具有弹性。

中国杭州张小泉剪刀有限公司自1663年起就开始制造剪刀。[3]

William Whiteley & Sons (Sheffield) Ltd. 在1760年就开始生产剪刀，尽管据信该公司在此之前就已经开始营业了。第一个商标，332，于1791年获得授权。[4] 该公司至今仍在生产剪刀，是西方最古老的剪刀制造公司。

直到1761年，罗伯特·欣奇利夫生产了第一把由硬化抛光的铸钢制成的现代剪刀，才开始大量生产铰链式剪刀。他住在伦敦的切尼广场，据称是第一个在招牌上宣称自己是“优质剪刀制造商”的人。[5]

在19世纪，剪刀是手工锻造的，把手装饰精巧。它们是用锤子在被称为凸台的凹陷表面上敲打钢材来形成刀片的。把手上的环，被称为弓形部分，是通过在钢材上打孔，并用铁砧的尖端扩大孔来制造的。

1649年，在瑞典统治下的芬兰，在赫尔辛基和图尔库之间的菲斯卡斯村庄建立了一家钢铁厂。1830年，一位新主人在芬兰开设了第一家刀具厂，生产包括带有菲斯卡斯商标的剪刀在内的各种物品。

描述和操作：一把剪刀由两个铰链式刀片组成。在质量较低的剪刀中，切割边缘并不特别锋利；主要是两个刀片之间的剪切作用切割材料。在高质量的剪刀中，刀片可以非常锋利，并且带弹簧张紧——只有在刀片相遇的精确点才会增加切割和剪切张力。手的动作（用拇指推动，用手指拉，右手使用）可以增加这种张力。一个理想的例子是高质量的裁缝剪刀，它需要能够完美地切割（而不仅仅是撕裂）精致的布料，如雪纺和丝绸。

儿童剪刀通常并不特别锋利，刀片的尖端通常是钝的或“圆形的”，以确保安全。

从力学角度来看，剪刀是一种第一类双杠杆，铰链充当支点。为了切割厚或重的材料，可以通过将要切割的材料尽可能地靠近支点来利用杠杆的机械优势。例如，如果施加的力（在把手上）是切割位置（即刀片之间接触点的距离）的两倍，则切割位置的力是把手上的施加力的两倍。剪刀通过在切割位置施加局部剪切应力来切割材料，该应力超过材料的剪切强度。

一些剪刀在食指孔下方有一个附件，称为手指护圈或手指柄，中指可以放在上面，以提供更好的控制和在精确切割中施加更大的力。许多优质剪刀（包括廉价剪刀）上都有手指护圈，尤其是在用于剪头发的剪刀上（见下图的剪头发的剪刀）。在剪头发时，有些人声称无名指应该插入食指所在的位置，小指放在手指护圈上。

对于无法使用双手的人来说，有专门设计的人脚操作的剪刀。一些四肢瘫痪患者可以使用电动嘴操作的剪刀。

文化：由于剪刀在各种文化和阶层中普遍存在，因此在世界文化中有着许多剪刀的表达形式。

艺术：世界各地的许多艺术形式都将剪刀作为一种工具/材料来完成艺术作品；在本节中，我们将重点介绍剪刀出现在最终艺术作品中或用其表达的案例。

电影：《剪刀手爱德华》是1990年的一部电影，由约翰尼·德普主演，他饰演一个双手由多对剪刀组成的小伙子。《剪刀手爱德华》是根据同名回忆录改编的2006年电影。

游戏：石头剪刀布游戏需要两名或多名玩家用手做出不同的形状来决定游戏的结果。三种形状之一，“剪刀”，是用伸出食指和中指来模仿大多数剪刀的形状。

在恐怖游戏系列《钟楼》中，有一个名叫“剪刀人”的角色，他是整个系列的主要反派，有着各种不同的身份。剪刀人是一个恶魔般的连环杀手，他有一把巨大的剪刀，会毫不留情地杀死任何人，甚至没有一丝怜悯或悔恨。

文学：奥古斯丁·伯罗斯 2002 年的回忆录《与剪刀奔跑》在《纽约时报》畅销书榜上停留了 8 周。这本书后来被改编成电影。

音乐：“怪诞小子”阿尔·杨科维奇 1999 年的专辑名为《与剪刀奔跑》。Vocaloid 制作人 Akuno-P 的歌曲《圆尾坂的裁缝店 (円尾坂の仕立屋 Enbizaka no Shitateya)》讲述了一个裁缝用她的缝纫剪刀杀害了一个男人及其家人的故事，她误以为他们是她不忠的情人和他的三个情妇。XTC 的歌曲 “Scissor Man”，后来被 Primus 翻唱。“Save Your Scissors” - 城市与色彩乐队的歌曲。运动：术语“剪刀腿”可以在许多运动中找到，包括

剪刀腿（踢），一个通用的武术术语，用于指任何可能类似于剪刀的外观或动作的动作。足球中的自行车踢有时被称为“剪刀腿”。包括侧泳在内的游泳姿势包含一种通常被称为“剪刀腿”的腿部运动。

迷信：剪刀在文化迷信中占有广泛的地位。在许多情况下，迷信的细节可能特定于某个国家、地区、部落、宗教甚至情况。

非洲：在北非部分地区，人们认为剪刀可以用来诅咒新郎。当新郎骑着马时，施咒的人会站在他身后，打开剪刀，喊他的名字。如果新郎应答了被喊的名字，那么剪刀就会被合上，新郎将无法与新娘圆房。

亚洲：在巴基斯坦，有些人相信剪刀不应该毫无目的地打开和关闭。这被认为会带来厄运。

北美洲：美国 在新奥尔良，有些人认为在晚上将一把打开的剪刀放在枕头下面，即使一个人可能被诅咒，也是睡得香的可靠方法。

东欧：在一些东欧国家，人们认为把剪刀打开会导致家庭内部发生争吵和分歧。

中国：在中国，人们认为送剪刀给朋友或爱人是意味着与他们断绝关系。

科学：剪刀被用于科学的各种目的，包括对动物或自然特征的描述。

订书机

订书机是一种机械装置，通过将一根细金属订书钉钉入纸张或类似材料，并将钉头折弯，将纸张连接在一起。订书机广泛应用于政府、企业、办公室、家庭和学校。

“订书机”一词实际上可以指代许多不同的设备，它们具有不同的用途。除了将纸张连接在一起之外，订书机还可以在手术中使用，用外科订书钉将组织连接在一起，以缝合手术伤口（与缝合线非常相似）。

通常，大多数订书机用于连接多张纸张。纸张订书机有两种截然不同的类型：手动和电动。手动订书机通常是手持的，虽然也有一些型号可以固定在桌子上或其他表面上使用。电动订书机有各种不同的设计和型号。它们的主要工作原理是快速连续地将大量纸张连接在一起。一些电动订书机一次可以连接多达 20 张纸。

订书枪通常是一种更重的、手持的设备；它可以是完全手动或气动的。典型的订书机是三级杠杆。

历史

第一个已知的订书机是在 18 世纪的法国为路易十五国王制造的。每个订书钉上都刻有皇室法院的徽章，这是规定的。19 世纪纸张用途的增长创造了对高效纸张紧固件的需求。

麦吉尔订书机 1866 年，乔治·麦吉尔获得了美国专利 56,587，发明了一种小型可弯曲的黄铜纸张紧固件，它是现代订书钉的前身。1867 年，他获得了美国专利 67,665，发明了一种用于将紧固件插入纸张的压机。他在 1876 年宾夕法尼亚州费城的百年纪念博览会上展示了他的发明，并在整个 1880 年代继续致力于这些以及其他各种纸张紧固件。1868 年，C.H.Gould 也在英国获得了订书机的专利。此外，也是在 1868 年，密苏里州圣路易斯的阿尔伯特·克莱兹克尔获得了一项订书纸的装置专利。

1877 年，亨利·R·海尔提交了专利号 195,603，用于第一台能够在一步骤内插入和弯曲订书钉的机器，因此一些人认为他是现代订书机的发明者。1876 年和 1877 年，海尔还为宾夕法尼亚州费城的“新奇纸盒制造公司”提交了专利。然而，N. P. B. 制造公司的发明将被用于订书箱子和书籍。

第一台能够容纳许多预制订书钉的弹夹的机器是在 1878 年问世的。

1879 年 2 月 18 日，乔治·麦吉尔获得了专利 212,316，用于麦吉尔单冲订书机，这是第一台商业上成功的订书机。该设备重量超过 2.5 磅，可以装载一根 1/2 英寸宽的单根金属丝订书钉，它可以将其钉入多张纸张。

1901 年，美国《曼西杂志》的一则广告中首次发表了使用“订书机”一词来指代用细金属丝钉住纸张的机器。

在 20 世纪初，人们开发并获得了多项专利，这些专利用打孔和折叠纸张的方式将它们连接在一起，而不需要金属夹。Clipless Stand Machine（在北贝里克制造）从 1909 年一直销售到 1920 年代。它在纸上切出一个舌头，然后将其折回并塞进一个凹槽里。Bump's New Model Paper Fastener 使用了类似的切割和编织技术。

1941 年，出现了今天最常用的纸张订书机类型：四路纸张订书机。使用四路订书机，操作员可以使用订书机将纸张订到木头或硬纸板上，也可以像钳子一样用于订书袋子，或者用两种方式订书，一种是标准的方式，订书钉向内，另一种是转动板，订书钉向外。

方法

永久性固定通过将订书钉钉入材料并钉入一个砧座（一块小金属板，通常将订书钉的末端向内弯曲）来将物品固定在一起。在大多数现代订书机上，砧座会旋转或滑动，以在将订书钉的末端向内弯曲以实现永久性订书或向外弯曲以实现钉钉之间切换。订书钉的弯曲可以是标准的、弯曲的、平坦的或圆形的，完全紧贴纸张，以便更整齐地堆叠文件。

钉钉暂时将文件或其他物品连接在一起，通常是用于缝纫的布料或服装。为了钉钉，砧座会滑动或旋转，使订书钉向外弯曲而不是向内弯曲。一些订书机通过将订书钉的一端向内弯曲，而将另一端向外弯曲来钉钉。订书钉会相对安全地将物品固定在一起，但很容易取下。

钉钉将物体固定在表面上，例如公告板或墙壁。能够钉钉的订书机有一个可以向后折叠的底座，以便订书钉直接钉入物体而不是折叠在砧座上。

马鞍式订书机有一个倒置的“V”形马鞍，用于将预先折叠的纸张订书在一起以制作小册子。

无钉订书机发明于 1910 年，是一种订书方式，它会打出一个小的纸张凸起，并将其编织到一个凹槽中。最近的一种替代方法避免了由此产生的孔，而是用带锯齿的金属齿将纸张压在一起。

自行车

齿轮

齿轮可以定义为任何带有齿的部件，旨在将运动或动力从一根轴传递到另一根轴，特别是如果两根轴之间的距离很小。它是一种正向和平稳的驱动方式。

齿轮通常用于以下四种不同的原因之一：

1. 反转旋转方向。
2. 增加或减少旋转速度。
3. 将旋转运动移动到不同的轴上。
4. 保持两根轴的旋转同步。

自行车设计

你梦寐以求的自行车

作者

萨维亚萨奇 r