怎样上坡最省力

史书记载，在公元前2885年，古埃及建造的大金字塔总共用了每块重约2.5吨的石灰石230万块。这项浩大的古建筑有10万人参加，费时20年才完成。我国的万里长城则更胜一筹！据《史记》记载，“将三十万众，北逐戎狄，收河南。筑长城，因地形，用险制塞，起临洮，止辽东，延袤万余里”。不过，现在所见的长城，大多是明代修筑的，历时100多年才完成。有人曾作过粗略的计算：如果将明代修筑长城所用的砖石土方，筑成一道2米厚、4米高的围墙，将能绕地球一圈多。

在古代，要将这么沉重的石块搬到所需要的高度，光靠杠杆、撬棍是帮不了大忙的。那应该找谁来“帮忙”呢？古代人主要是利用斜坡（即斜面）可以省力的原理，才能够完成像金字塔和长城这样不朽的伟大工程。

斜面可以省力这一认识，直到16世纪才得到理论上的证明。当时著名的荷兰学者斯蒂文提出了力的“平行四边形法则”：作用在一点上而彼此间有一夹角的两个力，其合力仍然作用在该点上，合力方向沿两分力所构成的平行四边形的对角线，合力的大小则由这根对角线的长度来决定。

（图7-7）斜面上物体的受力分析

在（图7-7）所示斜面上，重物M受重力Mg的作用，这个力可按上面提到的“平行四边形法则”分解为两个力：一个是垂直于斜面的正压力N，另一个是平行于斜面的力F。显然，力F要小于重力mg，二者的比值恰好等于该斜面的高度H与斜面长度L的比。换句话说，如果利用斜面将重物M搬至H高处，要比直接提升重物至同样高度来得省力。因为图中的力三角形恰好与斜面三角形相似，故有F/mg=H/L。也就是说，斜面与平面的倾角越小，斜面较长，则省力，但费距离，机械效率低；斜面与平面的倾角越大，斜面较短，则费力，但省距离，机械效率高。

若忽略摩擦的影响，当斜面长度L是其高度的10倍时，那末使重物沿斜面上升的推力就等于重力的1/10了。利用这样的斜坡，只需几个人就可以将2.5吨的石块搬到高处了。聪明的古代劳动人民正是这样用他们的智慧来创造建筑史上的奇迹。

科学小链接

螺旋

斜面还有一个“堂兄弟”叫螺旋。为什么说螺旋与斜面有密切的关系呢？原来，只要将斜面卷在一个圆柱体上，就构成了一个螺旋。螺旋转一圈上升的距离称为螺距，它等于两个螺纹之间的距离。根据斜面省力的原理，可知螺旋（例如千斤顶）也是一种省力的简单机械。发动力转动一圈的距离除以螺距，就是螺旋的“利益”，也即发动力的放大倍数。螺旋的省力作用还表现在大型楼梯的设计中。著名的纽约自由女神像内部的梯子，就是根据螺旋原理来设计的。它是一个共有168级的陡峭螺旋形梯子，游客顺着它的台阶可以不大费力地登上女神前额上的阳台去观赏纽约港的美丽风光。