Mở đầu: Khi muốn nâng một vật, người ta cần tác dụng lực có hướng thẳng đứng lên trên (hình bên). Có cách nào tận dụng được trọng lượng của người để nâng được vật lên cao hay không?
Lời giải:
- Có cách tận dụng được trọng lượng của người để nâng được vật lên cao đó là dùng đòn bẩy.
I. Tác dụng của đòn bẩy
Hoạt động 1: Thí nghiệm
Chuẩn bị: Thanh nhựa cứng có lỗ cách đều, giá thí nghiệm, lực kế, các quả nặng có móc treo.
Tiến hành:
- Dùng lực kế tác dụng lực vào đòn bẩy AB, đòn bẩy có thể tác dụng lực 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.
Từ kết quả thí nghiệm, trả lời các câu hỏi sau:
1. Đòn bẩy AB có tác dụng thay đổi hướng lực tác dụng khi nâng quả nặng như thế nào?
2. Khi nào đòn bẩy cho ta lợi thế về lực?
Lời giải:
1. Đòn bẩy AB có tác dụng làm lực tác dụng khi nâng quả nặng một lực hướng từ trên xuống.
2. Khi dùng đòn bẩy để nâng vật, nếu khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của lực nâng vật lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của trọng lực thì lực tác dụng nhỏ hơn trọng lượng của vật đòn bẩy có thể được lợi về lực.
Câu hỏi 1: Xác định điểm tựa, cánh tay đòn trong các trường hợp ở Hình 19.2.
Lời giải:
- Xe Cút kit
- Xà beng bẩy vật.
- Búa nhổ đinh
Câu hỏi 2: Sử dụng đòn bẩy như Hình 19.2 có thể làm đổi hướng tác dụng lực như thế nào?
Lời giải:
- Trong hình 19.2a đòn bẩy không có tác dụng làm thay đổi hướng tác dụng lực.
- Trong hình 19.2b và 19.2 c đòn bẩy có tác dụng làm thay đổi hướng tác dụng lực:
+ Muốn nâng vật trong hình 19.2b một cách trực tiếp ta cần tác dụng lực nâng có phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên. Tuy nhiên, khi dùng đòn bẩy, đã làm thay đổi hướng tác dụng lực, lực tác dụng có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.
+ Muốn nhổ chiếc đinh trong hình 19.2c trực tiếp ta cần tác dụng lực có phương vuông góc với tường, chiều hướng ra ngoài tường. Tuy nhiên, khi dùng đòn bẩy, đã làm thay đổi hướng tác dụng lực, lực tác dụng có phương song song với tường, chiều từ trên xuống dưới.
II. Các loại đòn bẩy
Hoạt động 2:
1. Hình 19.6 vẽ các dụng cụ, các vật có cấu tạo và chức năng của đòn bẩy.
- Em hãy chỉ rõ loại đòn bẩy trong từng trường hợp.
- Sử dụng đòn bẩy như vậy đem lại lợi ích như thế nào?
2. Mô tả cách sử dụng đòn bẩy để tận dụng trọng lượng của người để nâng vật lên cao trong tính huống ở đầu bài học.
3. Lấy các ví dụ khác về mỗi loại đòn bẩy trong cuộc sống và phân tích tác dụng của chúng.
Lời giải:
1.
a) Cần cầu cá thuộc đòn bẩy loại 2 không lợi về lực.
b) Bật nắp chai thuộc đòn bẩy loại 1
c) Sử dụng đũa thuộc đòn bẩy loại 2 không lợi về lực.
d) Dùng kẹp làm vỡ vỏ hạt thuộc đòn bẩy loại 2 lợi về lực.
e) Chèo thuyền thuộc đòn bẩy loại 1
g) Kéo cắt thuộc đòn bẩy loại 1
2. Cách sử dụng đòn bấy để tận dụng trọng lượng của người để nâng vật lên cao trong tình huống ở đầu bài học: Ta sử dụng bàn tay như một điểm tựa và cánh tay chính là cánh tay đòn.
3.
- Đòn bẩy loại 1: cái bập bênh, cái cân đòn, cái búa kẹp để nhổ đinh. Hiệu quả cơ học là bất kỳ, có thể ít hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 1
- Đòn bẩy loại 2 lợi về lực: xe rùa, cái kìm tách hạt, cái mở nắp chai hay bàn đạp phanh ô tô, trong đó cánh tay đòn của tải nhỏ hơn cánh tay đòn của lực đầu vào, và hiệu quả cơ học luôn lớn hơn 1.
- Đòn bẩy loại 2 không lợi về lực: một cặp nhíp, cái búa, một cặp đũa hay cái gắp, cần câu cá hay xương hàm dưới của hộp sọ người. Cánh tay đòn của lực đầu vào nhỏ hơn cánh tay đòn của tải, nên hiệu quả cơ học luôn bé hơn 1
Câu hỏi 3: Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay (Hình 19.7) là đòn bẩy loại nào? Sử dụng máy bơm nước này cho ta những lợi ích gì?
Lời giải:
- Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay (hình với 19.7) là đòn bẩy loại I. Sử dụng máy bơm nước này cho ta lợi ích về lực: độ lớn của lực khi nâng xô nước có điểm tựa nhỏ hơn so với độ lớn của lực khi nâng xô nước có điểm tựa.
Câu hỏi 4: Dựa trên cấu tạo của cơ thể và tác dụng của đòn bẩy em hãy đưa ra tư thế ngồi để tránh mỏi cổ.
Lời giải:
Tư thế ngồi tránh mỏi cổ:
- Cổ: giữ cổ ở vị trí thẳng trục với cột sống.
- Vai: thả lỏng, đặt cẳng tay ở mặt phẳng ngang vuông góc với khuỷu tay, cổ tay thẳng trục với cẳng tay.
- Lưng: giữ thẳng, nên chọn một chiếc ghế tựa, có thể điều chỉnh chiều cao, độ nghiêng phù hợp nhằm giảm thiểu các áp lực lên cột sống.
- Chân: bàn chân nên đặt bằng phẳng trên sàn. Trong trường hợp ghế quá cao, bạn nên dùng một chiếc ghế thấp hoặc 1 hộp vuông để kê chân để chân ở vị trí thoải mái nhất. Tránh ngồi bắt chéo chân vì tư thế này sẽ gây áp lực lên vùng dưới đầu gối, dễ gây tê liệt dây thần kinh.
- Điều chỉnh khoảng cách giữa ghế và màn hình cũng như độ cao màn hình cho phù hợp, tránh tư thế cong lưng hoặc ngửa cổ để nhìn màn hình.
- Sau 1 đến 2 tiếng làm việc, bạn nên đứng lên đi lại, vận động nhẹ nhàng để các cơ được thư giãn.
Câu hỏi 5: Em hãy giải thích vì sao khi cầm vật nặng, ta cần gập sát cánh tay vào bắp tay.
Lời giải:
- Khi cầm vật nặng ta cần gập sát cánh tay và bắp tay để giá của lực F1 theo phương vuông góc giúp giảm độ lơn của lực tác dụng
Hoạt động 3: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:
- Em hãy xác định các đòn bẩy trên xe đạp khi ta sử dụng xe. Ứng với mỗi trường hợp hãy xác định trục quay, các lực tác dụng và xác định loại đòn bẩy tương ứng.
- Hãy mô tả sự thay đổi hướng của lực khi dùng chân tác dụng lực lên pê – đan xe đạp để đẩy xe đạp tiến về phía trước. Xét quá trình tác dụng lực với hai trục quay tại trục giữa A và trục bánh sau B (Hình 19.10).
Lời giải:
- Các bộ phận xe đạp dựa trên nguyên đòn bẩy là:
+ Bộ phận gồm: Bàn đạp (pê-đan) (1), đùi, trục giữa (2), đĩa (3), xích (4), líp (5).
Bàn đạp là điểm lực tác dụng
Trục giữa là điểm tựa
Xích đĩa líp là điểm đặt vật nâng (kéo bánh xe sau chuyển động)
+ Bộ phận: chân chống xe
Trong đó: O là điểm tựa; O1 là điểm tác dụng lực; O2 là điểm đặt vật.
+ Bộ phận: đòn bẩy tay phanh
Trong đó: O là điểm tựa; O1 là điểm tác dụng lực; O2 là điểm đặt vật.
- Lực khi dùng chân tác dụng lên pê – đan xe đạp có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống và có tác dụng làm trục giữa A quay, khi đó tạo ra lực kéo giữa các điểm tiếp xúc giữa mắt xích và răng của vành đĩa, làm cho trục bánh sau B quay tạo ra lực kéo làm cả xe chuyển động.
