訂書機能很容易穿透20頁的紙，人手用針穿卻很費勁，這裡面有什麼力學原理和工業設計的道理嗎？

01-14

如題

謝……實在想不明白為啥要邀請我……不過好在少不經事時拆過幾個訂書機，那就讓我來回答一下吧。

我們平常能遇到的訂書機大概分三種，原理也不盡相同。

第一種，普通訂書機。

普通訂書機

不難看出，這種訂書機並沒有利用槓桿改變施力大小，主要是通過增大手掌的施力面積降低壓強；手施予給訂書機的力被高效傳遞到訂書釘上，在尖端與紙面接觸處形成巨大壓強刺穿紙面。

第二種，省力訂書機。

省力訂書機

不難看出，這種訂書機靠伸長的手柄提供了更長的力臂與更大的力矩。手部下壓力傳遞到訂書釘尖與紙面接觸處可被放大至兩倍左右。一個成年人將全身重量壓至手柄上時，釘尖處會產生超過1000N的壓力，足以穿透很厚的稿件了。

第三種在國外見到的比較多，蓄力型訂書機。

（圖片沒找到，不過看上去和第一種差不多）

這種訂書機會在你按壓手柄的前半程壓縮彈簧蓄力，按壓至後段時，觸發內部的鎖扣，釋放彈簧儲能並推動一個頂片向下移動，快速擊發下方的訂書釘。訂書釘獲得較大的動量，擊穿紙張後自行停止。

這種訂書機的原理類似於滑輪弓（射箭圈子裡叫複合弓，並不嚴格）。擊發的一瞬間有扣動扳機一般酣暢淋漓的快感，是我用過的最好用的訂書機。

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此外，還有一種不用訂書釘的無釘訂書機，長相各異，最常見的長下面這樣：

無釘訂書機（也有其它樣式的）

這種訂書機只能應付少於10張普通克數的紙張，且要求被釘紙張有一定的韌性（硬紙板不行）。具體原理也很簡單，是將局部紙張切開彎折並自鎖，看下面這張示意圖就很清楚了：

F=PS

題主，你用過圖釘嗎？

1.壓桿穩定性的問題。訂書機設計的時候就使得訂書釘伸出來的自由長度很短。公式上看 l 越小失穩臨界力就越大，自然就更不容易彎折。

2.力的大小問題。用手往裡懟，基本上是利用摩擦力往裡懟，能有多大的力咧？

3.結構問題。訂書機的機械結構基本就是槓桿，即便不是省力槓桿，也會讓人用壓力將訂書釘往裡懟。而不是摩擦力。自然輕鬆的多。

你要給針加個帽子就不會費勁了

力學問題+工業設計問題

可以把訂書機簡化成壓力、壓強和接觸面積之間的問題。除了紙所承受的壓強，還要考慮您的肉能承受的壓強。那麼最好的辦法就是在不改變紙的壓強的情況下，儘可能讓您的肉承受最小的強度。

哇，我還是很愛物理啊

這個問題問得好

我不會

人用針穿和用訂書機是不一樣的啊，你用針穿是捏著穿，手指壓力需要很大產生很大的摩擦力，不然會滑，所以覺得累。如果給你一個固定針的和一個橫向壓板的話，和訂書機其實沒有區別的。

以普通訂書機為例，如果打開放訂書針的槽觀察，會發現手按的地方對應訂書針槽的地方有一塊鐵片，正好能壓下一根訂書針，這樣就容易解釋了：手壓訂書機的力量，通過那塊鐵片，全部壓倒訂書針上去，再集中到訂書針的兩根針尖上，這樣針尖上的壓強極大，很容易壓穿厚紙。但是當手拿針來穿的時候，針尖上的力量來自於手指拿針的摩擦力，考慮到手指對針（鋼）的摩擦係數，這個摩擦力與手對訂書機施加的力相比是非常小的，所以當然人手拿針穿同等厚度的一疊紙會非常費勁了。

中學知識：力的作用是相互的。

如果你手的硬度可以比得上訂書機，

你也可以很輕易穿透20頁的紙。

你換一個圖釘再試試費勁嗎？實際上是由於針的尾部截面太小，側面又很光滑，你的手部力量不能很好地傳遞到針本身而導致的。

阿基米德

當然是槓桿原理和受力面積變大與訂書機下面的釘子斜面滑倒設計了

壓強問題啊，你的皮不夠厚，嫌疼

此刻就突顯出了一個理科生的重要性

可是我是一個美術生

現在是一個設計狗

工業設計？？？那是隔壁專業

而且用不著扯這麼複雜~飄過

壓強＝力/面積。可以分成兩部分來看，一部分是訂書針對紙的壓強，因為針頭面積小，施加一定的力便很容易穿透。另一部分是手掌對訂書器上部的壓強，因為接觸面積較大，所以手掌所收到的反作用力產生的壓強便比較小。

看到你提問的工業設計方面，其實訂書器底部放置訂書針的一處有一點還是很巧妙的。因為訂書針材質的彎曲剛度較小，假如你用手直接壓容易直接壓折或者壓桿失穩。所以放置訂書針的位置設計剛好卡住訂書針豎直下壓。並且承受壓桿力的L變短，不容易失穩。壓桿穩定臨界力Fcr=π2EI/L2μ

就是有層橡膠包鐵擋著你手不疼而已。給個扳手是個人就會把螺絲擰斷，徒手來試試？

其實感覺比較費勁是因為針扎手的時候會心理不適……（主觀臆斷……

就因為針的另一頭太細(當然大頭針除外 )，接觸面積小，要穿過紙所需要的力也不是太大，但施加這個力在針與手的接觸面所產生的壓強超過了皮膚能承受的極限(手上老繭巨厚的當我沒說 )，所以就按不下去了啊。

前面提到的大頭針就是個很好的通過的增大接觸面積來減小壓強的例子，訂書機同理，我要是把你按訂書機的地方裝一根針讓你按你也知道使不得的。

其實沒啥原理，P＝FS就夠了，我也只是無聊展開了一下?( ? )?

再廢話兩句，剛剛想了下，20張紙普通訂書機並不是你說的那麼容易訂穿的。

如果真的考慮全面，一般20張左右或者以上的情況，都推薦使用重型訂書機，那種的話多一個槓桿原理，也就是力矩平衡F1L1＝F2L2

真沒了，我編不下去了(..???..)

1.槓桿原理：訂書機人力作用的力臂較長，省力。

2.增大受力面積：訂書機增大了接觸面積，減小壓強。

3.摩擦力大：手按的部位做得粗糙，訂書機底部粗糙，摩擦力大，易固定。