投石机的核心原理基于 杠杆原理，通过机械结构将人力或弹性势能转化为投掷物的动能，实现远距离投射。以下是具体分析：

一、杠杆原理的应用

省力杠杆设计

投石机通常采用省力杠杆结构，动力臂（重物端）长度大于阻力臂（投掷物端），从而减少所需施加的力。根据杠杆原理，动力臂与阻力臂长度比越大，省力效果越显著。

支点位置优化

支点多设置在杠杆的1/8或1/9处，非中心位置可增大力臂有效长度，进一步提升省力效果。

二、能量转换机制

重力势能转化为动能

通过滑轮组或弹射装置（如弹弓、弹带），将重物的重力势能转化为动能。例如，配重式抛石机通过滑轮组降低重心高度，增加势能积累。

弹性势能辅助

部分投石机（如弹弓型）利用弹性材料（如弓弦）的拉伸或压缩储存能量，释放时将弹性势能传递给投掷物。

三、结构组成与工作流程

基础结构

投石机由底座、杠杆臂、配重系统（如重物箱、弹射带）和投掷装置组成。底座提供稳定性，杠杆臂连接重物与投掷端，配重系统用于加载石弹。

工作过程

- 操作者通过杠杆臂端的拉力装置（如绳索、滑轮）将重物提升至高处并储存势能；

- 释放拉力后，重物在重力作用下沿杠杆臂加速运动，最终将石弹以高速度投射出去。

四、历史演变与改进

原始形态：

早期投石机以简单杠杆结构为主，如滑轮组投石车，射程有限；

进阶设计：古希腊、古罗马时期出现的扭力投石机通过绞绳扭力提升发射效率，射程和精度显著提高。

总结

投石机通过杠杆原理、重力势能转换及弹性势能辅助，实现了远距离、大重量的投射。其设计兼顾了力学优化与工程实用性，是古代战争中的重要攻防器械。