Bài 19: Đòn bẩy và ứng dụng

1. Kiến thức trọng tâm

Đòn bẩy là một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định gọi là điểm tựa. Khi sử dụng đòn bẩy, ta tác dụng một lực (lực tác dụng) lên một đầu để nâng hoặc di chuyển vật ở đầu kia (lực cản). Đòn bẩy giúp con người dùng lực nhỏ để nâng vật nặng, đổi hướng lực hoặc di chuyển vật dễ dàng hơn.

Điều kiện cân bằng của đòn bẩy là moment của lực tác dụng bằng moment của lực cản: $F_1 \times d_1 = F_2 \times d_2$, trong đó $F_1$ là lực tác dụng, $d_1$ là cánh tay đòn của lực tác dụng, $F_2$ là lực cản (thường là trọng lượng vật), $d_2$ là cánh tay đòn của lực cản. Từ công thức này, nếu cánh tay đòn của lực tác dụng dài hơn cánh tay đòn của lực cản, ta chỉ cần dùng lực nhỏ hơn trọng lượng vật để nâng vật lên.

Đòn bẩy được chia thành ba loại dựa vào vị trí điểm tựa, điểm đặt lực tác dụng và điểm đặt lực cản. Đòn bẩy loại 1 có điểm tựa ở giữa (bập bênh, kéo, kìm); loại 2 có lực cản ở giữa (xe cút kít, cái mở nắp chai); loại 3 có lực tác dụng ở giữa (nhíp, cần câu cá). Mỗi loại có ưu điểm riêng trong từng công việc.

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ: Dùng đòn bẩy để nâng một tảng đá nặng 400 N. Cánh tay đòn của lực cản là $d_2 = 0,2$ m, cánh tay đòn của lực tác dụng là $d_1 = 1$ m. Lực cần tác dụng là $F_1 = \frac{F_2 \times d_2}{d_1} = \frac{400 \times 0,2}{1} = 80$ N. Như vậy, chỉ cần lực 80 N, nhỏ hơn nhiều so với trọng lượng tảng đá, ta đã nâng được tảng đá nhờ đòn bẩy.

3. Ghi nhớ

• Đòn bẩy gồm thanh cứng, điểm tựa, lực tác dụng và lực cản.
• Điều kiện cân bằng: $F_1 \times d_1 = F_2 \times d_2$.
• Cánh tay đòn của lực tác dụng càng dài, lực cần dùng càng nhỏ.