杠杆原理的本质——撬动地球的支点究竟在哪里
引言：阿基米德与那个著名的支点
“给我一个支点，我就能撬起整个地球。”古希腊科学家阿基米德的这句名言流传了两千多年。杠杆原理是阿基米德把杠杆实际应用中的经验当作“不证自明的公理”，运用几何学通过逻辑论证得出的。这正如伽利略用逻辑思维论证自由落体同时落地一样，可以在某种程度上满足人类科学的需要。但《科学小舟新科学》明确指出：科学小舟不会满足于这种缺乏微观物质作用机理的结论——杠杆原理的本质究竟是什么？支点处到底发生了什么？这才是本质科学要回答的问题。
一、“撬起地球”为什么不可能？
首先要泼一盆冷水：所谓的动静和力必须有特定的参照物，否则无从说起。“利用杠杆原理撬起整个地球”的说法，对于渺小的人类个体和浩瀚的宇宙来说，实在找不出合适的参照物来确定地球是受到人力影响的动静。另外，根据“分裂的本质”，在特定的空间中物质不可能有无限长度（体积）的凝聚物——杠杆原理不能脱离凝聚物的实际构成规律，在人类生活的地球空间中，要找一个超过地球直径长度的杠杆也是不可能的。阿基米德的名言是将杠杆原理理想化的、具有文学色彩的夸张说法，我们不必较真。
二、弹力的本质：维持原形的反作用力特性
杠杆原理离不开杠杆本身具有的弹力特性。不存在那么一种没有质量又具有绝对不变形的刚性杠杆，杠杆原理中的“杠杆力”必然是通过组成杠杆的材料内部微观物质间作用传递的结果。科学小舟将杠杆的弹力定义为：物体在受到一定范围的外力下，具有维持其原来形状的反作用力特性。被弯曲的木棍、铁棍，受重的楼板，都会表现出因恢复原来形状而产生的力——在杠杆原理中，正是因为杠杆存在弹力才能形成杠杆的原理。
三、弹力产生的微观机理：动压差的变化
根据凝聚的本质，弹力产生的原理是：拉伸后的物体在一定范围内（不超过粒子间吸引范围）具有凝聚力增大的现象——粒子间围成的密闭空间体积增大，内部动压密度减小，与外界的动压差增大，于是表现为拉伸后物体的凝聚力增大了，这就是弹力形成的本质原因。
当物体不是直接拉伸而是折弯时，其回复原位的弹力原理也是相同的：物体向上弯曲，上面部分的粒子存在挤压，粒子间间距减小，粒子间围成的密闭空间的动压密度比原来大了，凝聚力1就减小了；而靠下层的粒子因弯曲间距增大，凝聚力2就增大了。综合来看就形成了物体的弹力现象。当杠杆处于平衡时，F2=（P1-P2）T（P1、P2为上下动压密度，T为作用体积），F2就是弹力的大小。所以弹力并非弹性材料“天生就有”——没有杠杆的变形就没有弹力的产生，没有杠杆所处空间的粒子作用，就算杠杆变形了也不存在弹力现象。
四、杠杆作用的微观原理：支点变形最大处弹力最大
在弹性物体发生弯曲的时候，越接近固定点的位置变形越大，其内部粒子间的距离因外力作用发生越大的增大，所以接近固定点的凝聚力就越大。右端外力F1作用于固定杠杆使杠杆变形，弯曲最大处为支点位置，所以支点处就是变形最大的地方，而变形最大处就是弹力最大的地方。一般来说，杠杆的固定支点变形最大，然后随着固定支点向两边延伸，变形逐渐减小，直至杠杆的两端最小。
实际上的杠杆受力只是两点的受力情况，只要这两点的受力能引起杠杆的变形就可以产生杠杆的弹力。要注意的是：外物只要不阻碍杠杆的恢复原形，就不会出现受力的现象——弹力是“隐形”的，只有在受到阻碍物的阻碍时弹力才是“显性”的。由此可见，一个很小的外力F1也可以产生较大的弹力F2，弹力大作用于阻挡物体的力就大，这就是所谓受力的杠杆效应。
五、结语：杠杆原理是第三、第四定律的必然推论
总的来说，杠杆原理就是杠杆凝聚力与其变形大小关系的原理，是杠杆变形受到空间动压不同的原理，是空间物质间作用符合科学小舟第三定律和第四定律的原理。阿基米德从公理出发的逻辑论证，为我们提供了有用的计算工具；而科学小舟新科学则从空间粒子、动压差、凝聚力的微观层面，揭示了杠杆原理背后的物质机理——支点处弹力最大、变形向两端递减、弹力隐形显性的转换，全部可以用“动量压强密度差”这一统一概念来解释。这再次印证了科学小舟的基本主张：一切宏观力学规律，都不过是空间物质相互作用在特定条件下的表现。
本文基于《科学小舟新科学》书稿第四章“杠杆原理的本质”等章节撰写。更多内容请访问 https://www.kexuexiaozhou.cn