📖 Bài 19: Đòn bẩy và ứng dụng - lớp 8

💡 Bài 19: Đòn bẩy và ứng dụng

I – Tác dụng của đòn bẩy

Khái niệm: Đòn bẩy là một loại máy cơ đơn giản, thường là một thanh cứng có thể quay quanh một điểm xác định gọi là điểm tựa (O).
Cánh tay đòn: Khoảng cách từ trục quay (điểm tựa) đến giá của lực tác dụng lên đòn bẩy được gọi là cánh tay đòn.
Tác dụng chính của đòn bẩy:
- Thay đổi hướng tác dụng của lực: Ví dụ, khi em nhấn tay xuống ở một đầu đòn bẩy, đầu kia sẽ nâng vật lên.
- Lợi về lực: Giúp chúng ta nâng hoặc di chuyển các vật nặng bằng một lực nhỏ hơn trọng lượng của vật đó.

Thí nghiệm cho thấy khi thay đổi cánh tay đòn (vị trí móc lực kế), giá trị lực cần để nâng vật sẽ thay đổi

Hình 19.1: Thí nghiệm cho thấy khi thay đổi cánh tay đòn (vị trí móc lực kế), giá trị lực cần để nâng vật sẽ thay đổi.

II – Các loại đòn bẩy

Dựa vào vị trí tương đối giữa điểm tựa O và các điểm đặt lực ($F_1$ - lực tác dụng, $F_2$ - lực nâng vật/trọng lượng vật), đòn bẩy được chia làm 3 loại chính:

Đòn bẩy loại 1: Điểm tựa O nằm trong khoảng giữa điểm đặt của hai lực $F_1$ và $F_2$.
- Ví dụ: Cái kéo, cái bập bênh, kìm cắt dây thép.
Đòn bẩy loại 2: Điểm tựa O nằm ở một đầu, vật cần nâng ($F_2$) nằm ở giữa, và lực tác dụng ($F_1$) nằm ở đầu bên kia. Loại đòn bẩy này luôn cho lợi về lực ($F_1 < F_2$) vì cánh tay đòn của lực tác dụng luôn lớn hơn cánh tay đòn của vật.
- Ví dụ: Xe rùa (xe đẩy hàng), cái mở nắp chai.
Đòn bẩy loại 3 (Đòn bẩy không cho lợi về lực): Điểm tựa O nằm ở một đầu, lực tác dụng ($F_1$) nằm ở giữa và vật cần nâng ($F_2$) nằm ở đầu xa nhất. Loại này tuy không lợi về lực nhưng giúp ta thao tác linh hoạt và nhanh chóng.
- Ví dụ: Đôi đũa, cần câu cá, cái nhíp.

III – Ứng dụng của đòn bẩy trong đời sống

1. Dụng cụ lao động và sinh hoạt:

Bơm nước bằng tay: Cán máy bơm là một đòn bẩy giúp việc hút nước từ giếng sâu lên trở nên nhẹ nhàng hơn.
Kéo cắt, búa nhổ đinh: Tận dụng đòn bẩy để tạo ra lực cắt mạnh hoặc lực nhổ cực lớn.

2. Đòn bẩy trong cơ thể người: Trong cơ thể chúng ta có nhiều bộ phận hoạt động như đòn bẩy:

Đầu: Là đòn bẩy loại 1. Điểm tựa là đốt sống cổ trên cùng, giúp đầu có thể quay và giữ thăng bằng nhờ hệ thống cơ sau gáy.
Cánh tay: Là đòn bẩy loại 2 (hoặc 3 tuỳ cách phân tích). Khi em nâng một vật nặng trên tay, khớp khuỷu tay đóng vai trò là điểm tựa O, cơ bắp tay tạo ra lực nâng giúp cánh tay làm việc hiệu quả.

3. Đòn bẩy trong xe đạp: Xe đạp sử dụng nhiều hệ thống đòn bẩy như bàn đạp, tay phanh, giúp người lái điều khiển xe dễ dàng và tốn ít sức hơn.

EM ĐÃ HỌC

Đòn bẩy có thể làm thay đổi hướng tác dụng của lực.
Đòn bẩy quay quanh một điểm tựa cố định O.
Phân loại đòn bẩy (loại 1, 2, 3) dựa trên vị trí của điểm tựa so với các điểm đặt lực.

EM CÓ THỂ (Ứng dụng thực tế chi tiết)

Tối ưu lực nâng: Khi cần bẩy một tảng đá nặng, em biết cách chọn một thanh xà dài và đặt điểm tựa gần tảng đá nhất có thể để lực tay bỏ ra là nhỏ nhất.
Bảo vệ cơ thể: Hiểu về đòn bẩy ở cánh tay giúp em biết cách bê đồ vật (áp sát vào người) để giảm áp lực lên cơ bắp và xương khớp.
Lựa chọn dụng cụ: Biết chọn loại kéo phù hợp (kéo cắt tôn có tay cầm dài, lưỡi ngắn để tăng lực; kéo cắt giấy có tay cầm ngắn, lưỡi dài để cắt nhanh).

BÀI TẬP LIÊN QUAN

Câu 1: Xác định điểm tựa O, cánh tay đòn trong trường hợp dùng búa để nhổ đinh?

Trả lời: Điểm tựa O là điểm tiếp xúc giữa đầu búa và mặt gỗ. Cánh tay đòn của lực tay là đoạn từ O đến chỗ tay cầm; cánh tay đòn của lực nhổ đinh là đoạn từ O đến khe nhổ đinh.

Câu 2: Tại sao xe rùa (hình 19.2a) lại giúp người công nhân chuyển được khối lượng vật liệu rất lớn?

Giải thích: Vì xe rùa là đòn bẩy loại 2, có cánh tay đòn từ tay cầm đến bánh xe (điểm tựa) lớn hơn nhiều so với cánh tay đòn từ thùng chứa vật liệu đến bánh xe, nên lực nâng tay bỏ ra nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng vật liệu.

Câu 3: Đôi đũa thuộc loại đòn bẩy nào? Nó đem lại lợi ích gì khi sử dụng?