槓桿原理應用

小心! 當不成網球王子，先坐冷板凳!

端端最近迷上了卡通網球王子，上網球課的時候，端端和同學們懶得聽老師的解說，一群人迫不及待地衝上球場，模仿片中角色龍馬或是海堂的「外旋發球」和「迴旋蛇球」，玩得不亦樂乎。幾天後，大家的手皆開始痠到不行，端端甚至沒辦法幫老師撿起掉下來的聯絡簿。接下來幾個月的體育課，他們只能在場外休息，看來可憐的端端，在成為網球王子之前，得要先坐一陣子的冷板凳了，這到底是怎麼回事呢？

一般來說，當我們打棒球、網球、保齡球、羽球等要做「揮」的動作時，我們用力的方法如下圖：

我們會以手臂為支點旋轉，利用手臂的肌肉用力往前揮，去抵抗球飛過來的力，並且把球擊回去給對手。

【小小辭典】

    支點：固定不動(只會旋轉)的位置

    施力：我們所出的力

    施力點：我們所出力的位置 

    施力臂：施力點到支點的距離

    抗力：對抗我們的力

    抗力點：對抗我們所出力的位置

    抗力臂：抗力點到支點的距離

那端端的手會這麼痠到底是怎麼回事呢？                                       

可能(1)  拿到對他來說太長的拍子-抗力臂增長

在槓桿原理上，太長的球拍可以視為增長抗力臂，因此也會加強端端肌肉的負擔，或改變肌肉用力的位置，誤用到手肘肌肉，導致肌肉拉傷。

可能(2)  拿到對他來說太硬的球，或他沒有在網球場上打球-抗力增強

太硬的球會讓球速增快，可以視為抗力增加，於是手臂必須出更多的力量和球速對抗，這樣容易造成肌肉的負擔。因此可以選擇軟一點的球減緩球速，或選擇軟一點的場地，讓球觸及地面時，球速被地面吸收而減緩。這樣一來，端端擊球時不只會比較輕鬆，也不容易受傷。

可能(3)  他太瘦弱了，需要再吃胖一點-施力不足

太瘦弱或是平常運動量少的人，因為肌肉的力量不足，在槓桿原理上可視為施力不足，尤其和端端一樣之前沒打過網球的人，一時之間可能無法承受網球所帶來的作用力，會特別容易受傷。因此端端可能要多吃一點，並且做手臂的肌肉訓練，增強自己的肌力。

那有沒有可能是組成槓桿原理的第四個因素(4)施力臂，害端端手痠呢？

在揮球的過程中，扮演施力臂角色的就是端端的手臂，如果加強抵抗網球的力，就需要加強施力臂，但基本上端端的手臂不太可能任意的增長或縮短(除非他也吃了惡魔果實，可以像魯夫一樣伸縮自如)，所以通常運動員不會去拉長自己的手臂，而是去健身房加強肌肉訓練，讓自己可出更多的力。

一秒變大力士！                                                                       

放學時，端端一走出校門，騎摩托車的端端爺爺剛好抵達。爺爺想把端端書包放進車廂裡，可是不管爺爺多用力踩、多用力拉都沒辦法將摩托車好好地架起來，這時候端端得意地跟爺爺說：「爺爺，我今天在學校學到一招，我來!」端端輕輕鬆鬆就將100多公斤的摩托車架好，爺爺驚訝地跟端端說：「哇！端端你真是個大力士！」，究竟端端是怎麼辦到的呢？

要將機車穩穩地架好，就得利用機車下方一個叫做「中柱」的零件。這個零件是利用槓桿原理設計而成的，它能讓我們用極少的力量，輕鬆撐起100多公斤重的摩托車。

中柱的設計，是運用較長的施力臂，節省我們踩踏的力量，假設施力臂的長度為抗力臂的5倍時，我們只需出機車重的1/5力，就能輕鬆將機車撐起。因此端端只需出大約20Kg的力，就能替爺爺架好機車。

 臉不紅氣不喘的騎車秘訣！                      

端端的表哥新買了一台有21段變速的腳踏車，興高采烈地找端端一起去騎腳踏車，兩個人約好一路騎到淡水。到淡水時，表哥不僅臉不紅氣不喘，還能大聲唱歌，此時的端端卻已經喘得一句話都說不出來，整個癱坐在路邊椅子上，究竟是什麼密技讓表哥可以輕輕鬆鬆騎到淡水呢？

原來端端的表哥居然用21段變速腳踏車欺負只騎著淑女車的端端，21段變速腳踏車可以透過不同前後齒輪的搭配，在平地或是上坡路段時，找到最適合的齒輪組合；但淑女車的前後齒輪都是固定的，所以端端表哥到了淡水時還是臉不紅氣不喘的，但端端卻早就累壞了！

一般市面上販售的21段變速腳踏車是這樣來的：由踏板處3種大小的前齒輪搭配7種大小的後齒輪，排列組合出21(3x7=21)種齒輪搭配，稱為21段變速。變速腳踏車可以依地形的不同，選擇最省力或省時的搭配，在平地時可以用大的前齒輪帶動小的後齒輪，這樣一來，當我們踩動一圈大齒輪時，後輪就會因為由小齒輪控制而轉了好幾圈，相反的，如果遇到上坡路段，就可以選用小的前齒輪帶動大的後齒輪，可以達到省力的效果。