Đòn bẩy và ứng dụng

I. Tác dụng của đòn bẩy

Đòn bẩy là một công cụ có thể thay đổi hướng tác dụng của lực và có thể cung cấp lợi thế về lực.

Trục quay của đòn bẩy luôn đi qua một điểm tựa O, và khoảng cách từ giá của lực tác dụng tới điểm tựa gọi là cánh tay đòn.

Thí nghiệm

Chuẩn bị: Thanh nhựa cứng có lỗ cách đều, giá thí nghiệm, lực kế, các quả nặng có móc treo.

Tiến hành:

Sử dụng lực kế để tác dụng lực vào đòn bẩy AB và nâng quả nặng.

Thay đổi cánh tay đòn bằng cách móc lực kế vào các vị trí khác nhau, đọc giá trị của lực kế khi nâng được các quả nặng để thanh cân bằng ở mỗi vị trí của lực kế.

Khi thay đổi vị trí của lực kế trên đòn bẩy AB ở đầu A và giữ nguyên vị trí vật treo ở đầu B ta thấy rằng:

+ Lực kế càng ở gần điểm tựa O thì giá trị của lực kế chỉ càng lớn.

+ Lực kế càng ra xa điểm tựa O thì giá trị của lực kế càng nhỏ.

Từ kết quả thí nghiệm:

+ Đòn bẩy AB có tác dụng thay đổi hướng lực tác dụng khi nâng quả nặng: Lực tác dụng vào đầu A có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.

+ Đòn bẩy cho ta lợi thế về lực khi cánh tay đòn (khoảng cách từ điểm tựa O tới giá của lực) càng dài.

• Với cuộc sống:

+ Đòn bẩy là một công cụ quan trọng trong cuộc sống và có thể được sử dụng để cung cấp lợi thế về lực.

+ Khi đòn bẩy được sử dụng để thay đổi hướng tác dụng của lực và nâng vật nặng, nó có thể giúp ta đạt được lợi về lực.

II. Các loại đòn bẩy

Để dễ hình dung, ta mô tả đòn bẩy là một thanh cứng thẳng và thực tế có hai loại đòn bẩy tuỳ theo vị trí của điểm tựa O và điểm đặt của các lực tác dụng F ; F.

Đòn bẩy loại 1: Điểm tựa O nằm trong khoảng giữa điểm đặt O₁, O₂, của các lực F₁ và F₂ hình bên dưới.

Đòn bẩy loại 1

Ví dụ:  Kéo cắt cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực theo mong muốn (cắt đồ vật dễ dàng). 

Đòn bẩy loại 2: Điểm tựa nằm ngoài khoảng giữa điểm đặt O₁, O₂, của hai lực, lực tác dụng lên đòn bẩy F₂, nằm xa điểm tựa O hơn vị trí của lực F

Đòn bẩy loại 2 cho lợi về lực

Ví dụ:  Dùng kẹp làm vỡ vỏ hạt là đòn bẩy loại 2 cho lợi về lực làm vỡ được vật cứng khi cần một lực tác dụng lớn

Nhưng trong thực tiễn có một số đòn bẩy không cho lợi về lực khi điểm tựa O nằm ngoài khoảng giữa điểm đặt O₁, O₂ của hai lực. Tác dụng lên đòn bẩy F₂ nằm gần điểm tựa O hơn vị trí của lực F₁.

Đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực

Ví dụ: Cần câu cá đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực giúp di chuyển vật cần nâng nhanh chóng và dễ dàng hơn (câu được cá nhanh hơn).

III. Ứng dụng của đòn bẩy

Trong cuộc sống, đòn bẩy được ứng dụng vào nhiều công việc và chế tạo nhiều công cụ hữu ích.

1. Bơm nước bằng tay

Máy bơm nước bằng tay

Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay là đòn bẩy loại 1 vì có điểm tựa nằm trong khoảng điểm đặt lực tác dụng và vật nâng.

Sử dụng máy bơm nước này giúp ta lợi về lực nâng nước và thay đổi được hướng tác dụng lực theo ý con người muốn. 

2. Đòn bẩy trong cơ thể người

Trong cơ thể người, có nhiều bộ phận có cấu tạo và hoạt động tương tự một đòn bẩy. Dưới đây là hai ví dụ mô tả các đòn bẩy trong cơ thể người:

+ Đầu là một đòn bẩy loại 1 với trục quay là đốt sống trên cùng. Trọng lượng đầu được chia đều hai bên trục quay giúp đầu ở trạng thái cân bằng. Lực tác dụng giúp đầu có thể quay quanh đốt sống là nhờ hệ thống cơ sau gáy.

+ Cánh tay là đòn bẩy loại 2. Khi ta cầm một vật nặng trên tay, cơ bắp tay sẽ tạo ra một lực giúp cánh tay nằm bằng với trục quay chính là khớp xương ở khuỷu tay.

3. Đòn bẩy trong xe đạp

Xe đạp là phương tiện quen thuộc với chúng ta. Trong xe đạp có nhiều bộ phận có chức năng như một đòn bẩy.

Ví dụ:  Bộ phận: đòn bẩy tay phanh 

 Trong đó: O là điểm tựa; O₁ là điểm tác dụng lực; O₂ là điểm đặt vật.