Bài học

Đòn bẩy là gì?

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em nêu được đòn bẩy gồm ba yếu tố: điểm tựa $O$ , lực tác dụng $F_1$ tại khoảng cách $d_1$ , và lực cản $F_2$ tại khoảng cách $d_2$ ; đồng thời chỉ đúng ba yếu tố này trên các dụng cụ quen thuộc trong đời sống.

Sau bài này, em nêu được đòn bẩy gồm ba yếu tố: điểm tựa $O$, lực tác dụng $F_1$ tại khoảng cách $d_1$, và lực cản $F_2$ tại khoảng cách $d_2$; đồng thời chỉ đúng ba yếu tố này trên các dụng cụ quen thuộc trong đời sống.

Kiến thức nền cần nhớ

Hai bài trước em đã học moment lực $M = F \cdot d$ và cách xác định cánh tay đòn $d$ . Đòn bẩy chính là ứng dụng trực tiếp của moment lực: một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định, chịu tác dụng của hai lực ở hai phía.

Hai bài trước em đã học moment lực $M = F \cdot d$ và cách xác định cánh tay đòn $d$. Đòn bẩy chính là ứng dụng trực tiếp của moment lực: một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định, chịu tác dụng của hai lực ở hai phía.

Khởi động

Muốn bẩy một hòn đá to lên khỏi mặt đất bằng tay không gần như là điều không thể. Nhưng chỉ cần một thanh sắt dài, đặt một đầu dưới hòn đá, kê một khúc gỗ làm điểm tựa gần hòn đá, rồi ấn xuống đầu thanh còn lại — hòn đá nặng hàng chục ki-lô-gam bỗng nhấc lên dễ dàng. Thanh sắt và khúc gỗ ấy chính là một đòn bẩy đơn giản nhất.

Kiến thức trọng tâm

Một đòn bẩy là một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định gọi là điểm tựa, kí hiệu $O$ . Trên đòn bẩy có hai lực tác dụng ở hai phía của điểm tựa:

Lực tác dụng $F_1$ — lực do người hoặc vật tác dụng vào đòn bẩy, đặt cách điểm tựa một khoảng $d_1$ (cánh tay đòn của $F_1$ ).
Lực cản $F_2$ — lực mà đòn bẩy phải thắng được (thường là trọng lượng vật cần nâng, cần bẩy), đặt cách điểm tựa một khoảng $d_2$ (cánh tay đòn của $F_2$ ).

Với ví dụ bẩy hòn đá: khúc gỗ kê là điểm tựa $O$ ; lực tay ấn xuống đầu thanh xa là lực tác dụng $F_1$ , cách $O$ một khoảng $d_1$ ; trọng lượng hòn đá đè lên đầu thanh gần là lực cản $F_2$ , cách $O$ một khoảng $d_2$ nhỏ hơn nhiều so với $d_1$ .

Mỗi lực trong hai lực này đều tạo ra một moment lực quanh điểm tựa $O$ , theo đúng công thức đã học: moment của lực tác dụng là $M_1 = F_1 \cdot d_1$ , moment của lực cản là $M_2 = F_2 \cdot d_2$ . Muốn bẩy được vật lên (đòn bẩy quay theo hướng có lợi cho người dùng), moment của lực tác dụng phải đủ lớn để thắng moment của lực cản — bài học sau sẽ nói kĩ về điều kiện này. Ở bài này, việc quan trọng nhất là em nhận diện đúng ba yếu tố $O$ , $F_1$ tại $d_1$ , và $F_2$ tại $d_2$ trên từng dụng cụ cụ thể.

Một **đòn bẩy** là một thanh cứng có thể quay quanh một điểm cố định gọi là **điểm tựa**, kí hiệu $O$. Trên đòn bẩy có hai lực tác dụng ở hai phía của điểm tựa: - **Lực tác dụng** $F_1$ — lực do người hoặc vật tác dụng vào đòn bẩy, đặt cách điểm tựa một khoảng $d_1$ (cánh tay đòn của $F_1$). - **Lực cản** $F_2$ — lực mà đòn bẩy phải thắng được (thường là trọng lượng vật cần nâng, cần bẩy), đặt cách điểm tựa một khoảng $d_2$ (cánh tay đòn của $F_2$). Với ví dụ bẩy hòn đá: khúc gỗ kê là điểm tựa $O$; lực tay ấn xuống đầu thanh xa là lực tác dụng $F_1$, cách $O$ một khoảng $d_1$; trọng lượng hòn đá đè lên đầu thanh gần là lực cản $F_2$, cách $O$ một khoảng $d_2$ nhỏ hơn nhiều so với $d_1$. Mỗi lực trong hai lực này đều tạo ra một moment lực quanh điểm tựa $O$, theo đúng công thức đã học: moment của lực tác dụng là $M_1 = F_1 \cdot d_1$, moment của lực cản là $M_2 = F_2 \cdot d_2$. Muốn bẩy được vật lên (đòn bẩy quay theo hướng có lợi cho người dùng), moment của lực tác dụng phải đủ lớn để thắng moment của lực cản — bài học sau sẽ nói kĩ về điều kiện này. Ở bài này, việc quan trọng nhất là em nhận diện đúng ba yếu tố $O$, $F_1$ tại $d_1$, và $F_2$ tại $d_2$ trên từng dụng cụ cụ thể.

Trong kìm cắt dây, khoảng cách từ điểm tựa đến tay cầm (d1) thường lớn hơn nhiều so với khoảng cách đến lưỡi cắt (d2) — đó là lí do kìm giúp tay tạo lực cắt rất mạnh chỉ với lực bóp vừa phải.

Ví dụ

Xác định ba yếu tố của đòn bẩy trên xe cút kít

1
Một chiếc xe cút kít chở đất, có bánh xe ở phía trước, tay cầm ở phía sau để người đẩy nâng lên. Hãy xác định điểm tựa O, lực tác dụng F1, lực cản F2 trên xe cút kít này.
2
Khi người đẩy nhấc tay cầm lên để di chuyển, trục bánh xe phía trước là điểm mà toàn bộ xe quay quanh — đó chính là điểm tựa $O$ .
Khi người đẩy nhấc tay cầm lên để di chuyển, trục bánh xe phía trước là điểm mà toàn bộ xe quay quanh — đó chính là điểm tựa $O$.
3
Lực tác dụng $F_1$ là lực tay người dùng nhấc lên tại tay cầm, cách trục bánh xe một khoảng $d_1$ khá lớn (gần cuối xe). Lực cản $F_2$ là trọng lượng của đất chở trong xe, đặt tại khoang chứa, cách trục bánh xe một khoảng $d_2$ nhỏ hơn nhiều vì khoang chứa nằm gần bánh xe.
Lực tác dụng $F_1$ là lực tay người dùng nhấc lên tại tay cầm, cách trục bánh xe một khoảng $d_1$ khá lớn (gần cuối xe). Lực cản $F_2$ là trọng lượng của đất chở trong xe, đặt tại khoang chứa, cách trục bánh xe một khoảng $d_2$ nhỏ hơn nhiều vì khoang chứa nằm gần bánh xe.
4
Vậy trên xe cút kít: điểm tựa O là trục bánh xe, lực tác dụng F1 là lực tay tại tay cầm (d1 lớn), lực cản F2 là trọng lượng tải trong khoang (d2 nhỏ). Nhờ d1 lớn hơn d2 nhiều lần, người dùng chỉ cần một lực tay không quá lớn để nâng cả xe chở nặng.

Ví dụ

Nhận diện sai điểm tựa — tình huống dễ nhầm (dạng thi)

1
Một bạn học sinh cho rằng trong chiếc kéo cắt giấy, điểm tựa O nằm ở đầu lưỡi kéo — nơi hai lưỡi chạm vào giấy. Nhận định này đúng hay sai? Hãy chỉ ra điểm tựa thực sự và giải thích.
2
Kéo cắt giấy gồm hai thanh cứng ghép chéo nhau, có một chốt (ốc vít) nối hai thanh tại một điểm cố định — chính tại chốt này, hai thanh có thể xoay quanh nhau. Tay người bóp vào hai cán kéo (một phía của chốt), lưỡi kéo cắt giấy ở phía đối diện.
3
Điểm tựa O của kéo là chốt nối hai thanh, không phải đầu lưỡi kéo. Lực tác dụng F1 là lực tay bóp vào cán kéo, cách chốt một khoảng d1. Lực cản F2 là lực cản của giấy tại điểm lưỡi kéo chạm giấy, cách chốt một khoảng d2.
4
Vậy nhận định của bạn học sinh là SAI. Điểm tựa O nằm tại chốt nối hai thanh kéo (khoảng giữa cán và lưỡi), không nằm ở đầu lưỡi. Nhầm lẫn này rất phổ biến vì học sinh hay nghĩ điểm tựa phải nằm ở nơi "tác dụng cuối cùng" của dụng cụ, trong khi điểm tựa thực chất là trục quay cố định của đòn bẩy.

Sai lầm thường gặp

Học sinh thường lẫn lộn giữa điểm tựa O và điểm mà lực cản tác dụng — đặc biệt với các dụng cụ có hình dạng phức tạp như kéo, kìm. Cách chắc chắn nhất để tìm điểm tựa: tìm nơi có CHỐT hoặc TRỤC cố định mà dụng cụ quay quanh đó, chứ không phải nơi có tác dụng rõ ràng nhất (như lưỡi cắt).

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Điều cần ghi nhớ

Ghi nhớ

Mọi đòn bẩy đều có ba yếu tố: điểm tựa O (nơi có chốt/trục cố định), lực tác dụng F1 tại cánh tay đòn d1, và lực cản F2 tại cánh tay đòn d2. Tìm đúng điểm tựa trước — thường là nơi có chốt xoay — rồi mới xác định F1, F2.

Bài học sau sẽ dùng chính vị trí tương đối của O, F1, F2 trên từng dụng cụ để phân loại đòn bẩy thành ba nhóm khác nhau, giúp em nhận diện nhanh loại đòn bẩy chỉ bằng cách nhìn hình.