Bài 19. Đòn bẩy và ứng dụng

Đòn bẩy là một máy cơ đơn giản, thường có dạng một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định.

Điểm cố định mà đòn bẩy quay quanh gọi là điểm tựa, thường kí hiệu là \(O\).

Khi tác dụng lực vào đòn bẩy, đòn bẩy có thể làm vật quay hoặc nâng vật lên. Trong nhiều trường hợp, đòn bẩy còn có thể làm thay đổi hướng tác dụng của lực. Ví dụ, khi ta ấn một đầu thanh xuống, đầu kia của thanh có thể nâng vật lên.

Cánh tay đòn là khoảng cách từ giá của lực tác dụng tới điểm tựa. Vị trí điểm tựa và độ dài cánh tay đòn ảnh hưởng đến mức độ dễ hay khó khi sử dụng đòn bẩy.

Trong thực tế, đòn bẩy có nhiều hình dạng khác nhau nhưng đều có điểm chung là có thể quay quanh một điểm tựa. Các dụng cụ như xe cút kít, xà beng, búa nhổ đinh, kéo, kìm, cần câu, mái chèo, đũa, dụng cụ mở nắp chai đều hoạt động dựa trên nguyên lí đòn bẩy.

Tùy theo vị trí của điểm tựa \(O\) và điểm đặt của các lực tác dụng lên đòn bẩy, đòn bẩy thường được chia thành hai loại chính.

1. Đòn bẩy loại 1

Đòn bẩy loại 1 là loại đòn bẩy có điểm tựa \(O\) nằm trong khoảng giữa điểm đặt của hai lực. Ở loại đòn bẩy này, lực tác dụng và lực cản thường nằm ở hai phía của điểm tựa.

Ví dụ: bập bênh, kéo, búa nhổ đinh, đầu người khi quay quanh đốt sống cổ. Đòn bẩy loại 1 có thể giúp làm thay đổi hướng tác dụng của lực. Tùy vị trí điểm tựa, đòn bẩy loại này có thể cho lợi về lực hoặc không cho lợi về lực.

2. Đòn bẩy loại 2

Đòn bẩy loại 2 là loại đòn bẩy có điểm tựa \(O\) nằm ngoài khoảng giữa điểm đặt của hai lực. Khi đó, điểm đặt của hai lực nằm cùng phía so với điểm tựa.

Nếu lực tác dụng đặt xa điểm tựa hơn lực cản, đòn bẩy cho lợi về lực. Khi đó, ta có thể dùng lực nhỏ hơn để thắng lực cản lớn hơn. Ví dụ: xe cút kít, dụng cụ bật nắp chai, máy bơm nước bằng tay.

Nếu lực tác dụng đặt gần điểm tựa hơn lực cản, đòn bẩy không cho lợi về lực. Khi đó, ta phải dùng lực lớn hơn lực cản. Ví dụ: cánh tay người khi cầm vật nặng, đũa khi gắp thức ăn.

Đòn bẩy được ứng dụng vào nhiều công việc, nhiều dụng cụ và nhiều hoạt động trong đời sống.

1. Bơm nước bằng tay

Máy bơm nước bằng tay hoạt động dựa trên nguyên lí đòn bẩy. Khi ta tác dụng lực vào tay bơm, tay bơm quay quanh điểm tựa. Lực được truyền đến bộ phận bên trong máy bơm, làm nước được hút lên và đẩy ra ngoài. Máy bơm nước bằng tay giúp lấy nước thuận tiện ở những nơi không có điện hoặc cần bơm nước thủ công.

2. Đòn bẩy trong cơ thể người

Trong cơ thể người có nhiều bộ phận hoạt động tương tự đòn bẩy.

Đầu người có thể xem như một đòn bẩy loại 1. Trục quay là đốt sống cổ. Trọng lượng của đầu tác dụng ở phía trước, còn lực do hệ cơ sau gáy tạo ra giúp giữ đầu cân bằng và làm đầu quay quanh đốt sống cổ.

Cánh tay người khi cầm vật nặng là một đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực. Khi cầm vật, khớp khuỷu tay là điểm tựa, vật nặng tạo lực cản, còn cơ bắp tay tạo lực để giữ cánh tay cân bằng. Vì vậy, khi cầm vật nặng, ta thường gập sát cánh tay vào bắp tay để giảm cánh tay đòn của vật, nhờ đó giảm lực mà cơ phải tạo ra.

3. Đòn bẩy trong xe đạp

Trong xe đạp có nhiều bộ phận có chức năng như đòn bẩy, chẳng hạn bàn đạp, tay phanh và chân chống. Khi người đi xe tác dụng lực lên bàn đạp, bàn đạp quay quanh trục giữa. Lực được truyền qua hệ thống đĩa, xích và líp, làm bánh sau quay, giúp xe chuyển động về phía trước.

Đòn bẩy có thể làm thay đổi hướng tác dụng của lực.

Đòn bẩy quay quanh một điểm cố định gọi là điểm tựa, kí hiệu là \(O\).

Khoảng cách từ giá của lực đến điểm tựa gọi là cánh tay đòn.

Tùy theo vị trí của điểm tựa \(O\) so với vị trí của điểm tác dụng lực lên đòn bẩy, đòn bẩy thường được phân thành hai loại:

Đòn bẩy loại 1: điểm tựa nằm giữa hai lực.

Đòn bẩy loại 2: điểm tựa nằm ngoài khoảng giữa hai lực.

Đòn bẩy được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, trong dụng cụ lao động, phương tiện giao thông và trong cơ thể người.