力學和機器

多年來，人們一直在與重力和摩擦力作鬥爭。幸運的是，我們現在擁有各種機器來幫助我們。在本華夏公益教科書中，你將探索不同型別的機器，瞭解它們是如何工作的，並發現使用簡單的機器來完成偉大的壯舉並非新鮮事。

動起來

摩擦

摩擦力是阻礙一個表面相對於另一個表面運動的力。這種力對運動物體產生阻力，並導致它們停止運動。輪子或滾軸有助於減少運動接觸表面之間的摩擦。但你也可以使用像油或潤滑脂這樣的濃稠液體來減少摩擦。它們是潤滑劑——能夠減少摩擦的物質。潤滑脂形成一個光滑的層，使物體更容易滑動。滾珠軸承是小的球體，它們透過防止金屬表面相互摩擦來幫助減少機器內部的摩擦。腳踏車在車輪連線到車架的地方有滾珠軸承。

然而，由於摩擦的存在，輪胎才不會打滑，腳踏車才能前進。

簡單機械

斜面

斜面是一種簡單的機器，它有助於提升或降低負荷。斜面的一個例子是坡道。斜面使你能夠在更長的距離上施加更小的力來完成給定的工作量。它看起來像一個平坦的傾斜表面。

槓桿

槓桿是一種機器，它由一根放置在支點上或由支點支撐的橫樑組成，支點被稱為支點。槓桿允許透過在另一端施加較小的力，在較大的區域上分配較大的力，在較小的區域上產生較大的力。槓桿有三種類型。

• 第一類 - 支點位於中心，在力的作用點和阻力（負載）之間。例如剪刀。
• 第二類 - 阻力位於中間，力的作用點位於一邊，支點位於另一邊。例如獨輪車和開瓶器。
• 第三類 - 力的作用點位於中間，支點位於一邊，阻力位於另一邊。例如鑷子或人類的頜骨。

日常機器

剪刀

剪刀是一種手動操作的切割工具。它由一對金屬刀片組成，刀片以鉸鏈方式連線，使當與鉸鏈相反的把手（弓形部分）閉合時，刀片上的鋒利邊緣彼此滑動。剪刀用於切割各種薄材料，如紙張、紙板、金屬箔、薄塑膠、布料、繩索和電線。剪刀也可以用於剪頭髮。剪頭髮的剪刀具有特定的刀片角度，適合剪頭髮。使用錯誤的剪刀剪頭髮會導致頭髮損傷或分叉，因為頭髮會斷裂。食物剪，也被稱為廚房剪，用於切割和修剪食物，例如肉類。剪頭髮的剪刀和剪刀在功能上是等效的，但較大的工具往往被稱為剪刀。

針對不同的特殊用途，存在著各種各樣的剪刀和剪刀。

現代剪刀通常採用符合人體工程學的設計，把手採用複合熱塑性塑膠和橡膠材料，使使用者能夠施加強力握持或精準握持。

早期製造：在中世紀和文藝復興時期，彈簧剪刀是透過加熱一根鐵條或鋼條，然後在鐵砧上將兩端壓平並塑造成刀片來製造的。將鐵條的中心加熱，彎曲成彈簧形狀，然後冷卻並再次加熱使其具有彈性。

中國杭州張小泉剪刀有限公司自1663年起就開始製造剪刀。[3]

William Whiteley & Sons (Sheffield) Ltd. 在1760年就開始生產剪刀，儘管據信該公司在此之前就已經開始營業了。第一個商標，332，於1791年獲得授權。[4] 該公司至今仍在生產剪刀，是西方最古老的剪刀製造公司。

直到1761年，羅伯特·欣奇利夫生產了第一把由硬化拋光的鑄鋼製成的現代剪刀，才開始大量生產鉸鏈式剪刀。他住在倫敦的切尼廣場，據稱是第一個在招牌上宣稱自己是“優質剪刀製造商”的人。[5]

在19世紀，剪刀是手工鍛造的，把手裝飾精巧。它們是用錘子在被稱為凸臺的凹陷表面上敲打鋼材來形成刀片的。把手上的環，被稱為弓形部分，是透過在鋼材上打孔，並用鐵砧的尖端擴大孔來製造的。

1649年，在瑞典統治下的芬蘭，在赫爾辛基和圖爾庫之間的菲斯卡斯村莊建立了一家鋼鐵廠。1830年，一位新主人在芬蘭開設了第一家刀具廠，生產包括帶有菲斯卡斯商標的剪刀在內的各種物品。

描述和操作：一把剪刀由兩個鉸鏈式刀片組成。在質量較低的剪刀中，切割邊緣並不特別鋒利；主要是兩個刀片之間的剪下作用切割材料。在高質量的剪刀中，刀片可以非常鋒利，並且帶彈簧張緊——只有在刀片相遇的精確點才會增加切割和剪下張力。手的動作（用拇指推動，用手指拉，右手使用）可以增加這種張力。一個理想的例子是高質量的裁縫剪刀，它需要能夠完美地切割（而不僅僅是撕裂）精緻的布料，如雪紡和絲綢。

兒童剪刀通常並不特別鋒利，刀片的尖端通常是鈍的或“圓形的”，以確保安全。

從力學角度來看，剪刀是一種第一類雙槓杆，鉸鏈充當支點。為了切割厚或重的材料，可以透過將要切割的材料儘可能地靠近支點來利用槓桿的機械優勢。例如，如果施加的力（在把手上）是切割位置（即刀片之間接觸點的距離）的兩倍，則切割位置的力是把手上的施加力的兩倍。剪刀透過在切割位置施加區域性剪下應力來切割材料，該應力超過材料的剪下強度。

一些剪刀在食指孔下方有一個附件，稱為手指護圈或手指柄，中指可以放在上面，以提供更好的控制和在精確切割中施加更大的力。許多優質剪刀（包括廉價剪刀）上都有手指護圈，尤其是在用於剪頭髮的剪刀上（見下圖的剪頭髮的剪刀）。在剪頭髮時，有些人聲稱無名指應該插入食指所在的位置，小指放在手指護圈上。

對於無法使用雙手的人來說，有專門設計的人腳操作的剪刀。一些四肢癱瘓患者可以使用電動嘴操作的剪刀。

文化：由於剪刀在各種文化和階層中普遍存在，因此在世界文化中有著許多剪刀的表達形式。

藝術：世界各地的許多藝術形式都將剪刀作為一種工具/材料來完成藝術作品；在本節中，我們將重點介紹剪刀出現在最終藝術作品中或用其表達的案例。

電影：《剪刀手愛德華》是1990年的一部電影，由約翰尼·德普主演，他飾演一個雙手由多對剪刀組成的小夥子。《剪刀手愛德華》是根據同名回憶錄改編的2006年電影。

遊戲：石頭剪刀布遊戲需要兩名或多名玩家用手做出不同的形狀來決定遊戲的結果。三種形狀之一，“剪刀”，是用伸出食指和中指來模仿大多數剪刀的形狀。

在恐怖遊戲系列《鐘樓》中，有一個名叫“剪刀人”的角色，他是整個系列的主要反派，有著各種不同的身份。剪刀人是一個惡魔般的連環殺手，他有一把巨大的剪刀，會毫不留情地殺死任何人，甚至沒有一絲憐憫或悔恨。

文學：奧古斯丁·伯羅斯 2002 年的回憶錄《與剪刀奔跑》在《紐約時報》暢銷書榜上停留了 8 周。這本書後來被改編成電影。

音樂：“怪誕小子”阿爾·楊科維奇 1999 年的專輯名為《與剪刀奔跑》。Vocaloid 製作人 Akuno-P 的歌曲《圓尾坂的裁縫店 (円尾坂の仕立屋 Enbizaka no Shitateya)》講述了一個裁縫用她的縫紉剪刀殺害了一個男人及其家人的故事，她誤以為他們是她不忠的情人和他的三個情婦。XTC 的歌曲 “Scissor Man”，後來被 Primus 翻唱。“Save Your Scissors” - 城市與色彩樂隊的歌曲。運動：術語“剪刀腿”可以在許多運動中找到，包括

剪刀腿（踢），一個通用的武術術語，用於指任何可能類似於剪刀的外觀或動作的動作。足球中的腳踏車踢有時被稱為“剪刀腿”。包括側泳在內的游泳姿勢包含一種通常被稱為“剪刀腿”的腿部運動。

迷信：剪刀在文化迷信中佔有廣泛的地位。在許多情況下，迷信的細節可能特定於某個國家、地區、部落、宗教甚至情況。

非洲：在北非部分地區，人們認為剪刀可以用來詛咒新郎。當新郎騎著馬時，施咒的人會站在他身後，開啟剪刀，喊他的名字。如果新郎應答了被喊的名字，那麼剪刀就會被合上，新郎將無法與新娘圓房。

亞洲：在巴基斯坦，有些人相信剪刀不應該毫無目的地開啟和關閉。這被認為會帶來厄運。

北美洲：美國 在新奧爾良，有些人認為在晚上將一把開啟的剪刀放在枕頭下面，即使一個人可能被詛咒，也是睡得香的可靠方法。

東歐：在一些東歐國家，人們認為把剪刀開啟會導致家庭內部發生爭吵和分歧。

中國：在中國，人們認為送剪刀給朋友或愛人是意味著與他們斷絕關係。

科學：剪刀被用於科學的各種目的，包括對動物或自然特徵的描述。

訂書機

訂書機是一種機械裝置，透過將一根細金屬訂書釘釘入紙張或類似材料，並將釘頭折彎，將紙張連線在一起。訂書機廣泛應用於政府、企業、辦公室、家庭和學校。

“訂書機”一詞實際上可以指代許多不同的裝置，它們具有不同的用途。除了將紙張連線在一起之外，訂書機還可以在手術中使用，用外科訂書釘將組織連線在一起，以縫合手術傷口（與縫合線非常相似）。

通常，大多數訂書機用於連線多張紙張。紙張訂書機有兩種截然不同的型別：手動和電動。手動訂書機通常是手持的，雖然也有一些型號可以固定在桌子上或其他表面上使用。電動訂書機有各種不同的設計和型號。它們的主要工作原理是快速連續地將大量紙張連線在一起。一些電動訂書機一次可以連線多達 20 張紙。

訂書槍通常是一種更重的、手持的裝置；它可以是完全手動或氣動的。典型的訂書機是三級槓桿。

歷史

第一個已知的訂書機是在 18 世紀的法國為路易十五國王制造的。每個訂書釘上都刻有皇室法院的徽章，這是規定的。19 世紀紙張用途的增長創造了對高效紙張緊韌體的需求。

麥吉爾訂書機 1866 年，喬治·麥吉爾獲得了美國專利 56,587，發明了一種小型可彎曲的黃銅紙張緊韌體，它是現代訂書釘的前身。1867 年，他獲得了美國專利 67,665，發明了一種用於將緊韌體插入紙張的壓機。他在 1876 年賓夕法尼亞州費城的百年紀念博覽會上展示了他的發明，並在整個 1880 年代繼續致力於這些以及其他各種紙張緊韌體。1868 年，C.H.Gould 也在英國獲得了訂書機的專利。此外，也是在 1868 年，密蘇里州聖路易斯的阿爾伯特·克萊茲克爾獲得了一項訂書紙的裝置專利。

1877 年，亨利·R·海爾提交了專利號 195,603，用於第一臺能夠在一步驟內插入和彎曲訂書釘的機器，因此一些人認為他是現代訂書機的發明者。1876 年和 1877 年，海爾還為賓夕法尼亞州費城的“新奇紙盒製造公司”提交了專利。然而，N. P. B. 製造公司的發明將被用於訂書箱子和書籍。

第一臺能夠容納許多預製訂書釘的彈夾的機器是在 1878 年問世的。

1879 年 2 月 18 日，喬治·麥吉爾獲得了專利 212,316，用於麥吉爾單衝訂書機，這是第一臺商業上成功的訂書機。該裝置重量超過 2.5 磅，可以裝載一根 1/2 英寸寬的單根金屬絲訂書釘，它可以將其釘入多張紙張。

1901 年，美國《曼西雜誌》的一則廣告中首次發表了使用“訂書機”一詞來指代用細金屬絲釘住紙張的機器。

在 20 世紀初，人們開發並獲得了多項專利，這些專利用打孔和摺疊紙張的方式將它們連線在一起，而不需要金屬夾。Clipless Stand Machine（在北貝里剋制造）從 1909 年一直銷售到 1920 年代。它在紙上切出一個舌頭，然後將其折回並塞進一個凹槽裡。Bump's New Model Paper Fastener 使用了類似的切割和編織技術。

1941 年，出現了今天最常用的紙張訂書機型別：四路紙張訂書機。使用四路訂書機，操作員可以使用訂書機將紙張訂到木頭或硬紙板上，也可以像鉗子一樣用於訂書袋子，或者用兩種方式訂書，一種是標準的方式，訂書釘向內，另一種是轉動板，訂書釘向外。

方法

永久性固定透過將訂書釘釘入材料並釘入一個砧座（一塊小金屬板，通常將訂書釘的末端向內彎曲）來將物品固定在一起。在大多數現代訂書機上，砧座會旋轉或滑動，以在將訂書釘的末端向內彎曲以實現永久性訂書或向外彎曲以實現釘釘之間切換。訂書釘的彎曲可以是標準的、彎曲的、平坦的或圓形的，完全緊貼紙張，以便更整齊地堆疊檔案。

釘釘暫時將檔案或其他物品連線在一起，通常是用於縫紉的布料或服裝。為了釘釘，砧座會滑動或旋轉，使訂書釘向外彎曲而不是向內彎曲。一些訂書機透過將訂書釘的一端向內彎曲，而將另一端向外彎曲來釘釘。訂書釘會相對安全地將物品固定在一起，但很容易取下。

釘釘將物體固定在表面上，例如公告板或牆壁。能夠釘釘的訂書機有一個可以向後摺疊的底座，以便訂書釘直接釘入物體而不是摺疊在砧座上。

馬鞍式訂書機有一個倒置的“V”形馬鞍，用於將預先摺疊的紙張訂書在一起以製作小冊子。

無釘訂書機發明於 1910 年，是一種訂書方式，它會打出一個小的紙張凸起，並將其編織到一個凹槽中。最近的一種替代方法避免了由此產生的孔，而是用帶鋸齒的金屬齒將紙張壓在一起。

腳踏車

齒輪

齒輪可以定義為任何帶有齒的部件，旨在將運動或動力從一根軸傳遞到另一根軸，特別是如果兩根軸之間的距離很小。它是一種正向和平穩的驅動方式。

齒輪通常用於以下四種不同的原因之一：

1. 反轉旋轉方向。
2. 增加或減少旋轉速度。
3. 將旋轉運動移動到不同的軸上。
4. 保持兩根軸的旋轉同步。

腳踏車設計

你夢寐以求的腳踏車

作者

薩維亞薩奇 r