TRẠM 01 · ĐÒN BẨY LOẠI 1
Điểm tựa ở giữa – thay đổi lực cần để nâng
Lực cần để cân bằng40 N
Lợi về lực (P/F)3 lần
Phân loạiLoại 1 · A – O – B
HAT PHYSICS LEARNING · KHOA HỌC TỰ NHIÊN 8 · KẾT NỐI TRI THỨC
Bài 19 – Đòn bẩy và ứng dụng
Chương IV · Tác dụng làm quay của lực · SGK trang 79–83
01 · MỤC TIÊU
Vì sao một người có thể dùng thanh đòn nâng vật nặng?
🔎 Nhận biết đòn bẩy
Xác định đúng điểm tựa O, vị trí đặt lực tác dụng và vị trí của vật cần nâng trên hình vẽ hoặc dụng cụ thật.
⚖️ Phân loại và giải thích
Phân biệt đòn bẩy loại 1 với loại 2; nhận ra khi nào được lợi về lực và khi nào được lợi về đường đi của vật.
🧪 Thực hành – nhận xét
Thay đổi vị trí điểm tựa và chỗ tác dụng lực trên thanh đòn; quan sát lực cần thiết trong mô hình cân bằng lí tưởng.
🚲 Liên hệ đời sống
Phân tích bập bênh, xà beng, xe cút kít, cần câu, cánh tay và một số bộ phận của xe đạp; lựa chọn tư thế vận động hợp lí.
Khởi động: Đặt một hòn đá nhỏ dưới thanh cứng làm điểm tựa: vì sao có thể ấn một đầu thanh xuống để nâng vật ở đầu còn lại lên? Khi chuyển điểm tựa gần vật nặng hơn, điều gì thay đổi?
02 · KIẾN THỨC
Đòn bẩy – các loại – ứng dụng trong đời sống
I. Tác dụng của đòn bẩy
Đòn bẩy là vật cứng có thể quay quanh điểm tựa O (trục quay). Ta xác định ba vị trí quan trọng: O là điểm tựa; A là vị trí lực ta tác dụng (lực phát động); B là vị trí vật cần nâng hoặc lực cản.
Thí nghiệm thanh có lỗ: Treo vật ở một phía điểm tựa và dùng lực kế kéo phía còn lại. Khi di chuyển điểm kéo ra xa O mà vị trí vật không đổi, số chỉ lực kế có xu hướng giảm trong điều kiện nâng cân bằng. Nhờ đó, đòn bẩy có thể giúp thay đổi hướng tác dụng lực và trong một số cách bố trí có thể được lợi về lực.
II. Hai loại đòn bẩy theo cách phân loại trong SGK
Loại 1: O nằm giữa hai điểm A và B
Ba vị trí theo thứ tự A – O – B (hoặc B – O – A). Ví dụ: bập bênh, kéo, xà beng nhổ đinh. Có thể đổi hướng lực. Có lợi về lực hay không phụ thuộc vào độ dài cánh tay đòn.
Loại 2: O nằm ngoài đoạn AB
Có hai cách bố trí: O – B – A (lực phát động đặt xa O hơn, thường lợi về lực: xe cút kít); hoặc O – A – B (lực phát động đặt gần O hơn, thường lợi về đường đi của vật: cần câu, nhíp). Đây là hai trường hợp của loại 2 trong cách phân loại SGK.
Ghi nhớ · Mô hình cân bằng lí tưởng (liên hệ Bài 18):
\[F_A\,d_A=F_B\,d_B\]
Trong đó FA là lực phát động, FB là lực cản; dA, dB là các cánh tay đòn vuông góc từ O đến giá từng lực. Trong các hình ở bài này, lực đặt vuông góc thanh nên d bằng khoảng cách dọc thanh. Công thức là mô hình minh họa, bỏ qua khối lượng thanh và ma sát tại trục.Ví dụ có lời giải: Một xe cút kít lí tưởng có tải gây lực 120 N tại điểm cách trục bánh 0,20 m; người nâng tay cầm cách trục 0,60 m, lực nâng vuông góc thanh. Khi cân bằng: \(F_A=120\times0,20/0,60=40\,\text{N}\). Người dùng lực nhỏ hơn tải 3 lần, nhưng tay cầm di chuyển quãng đường lớn hơn tải khi cùng góc quay.
III. Đòn bẩy không luôn cho lợi về lực
Cần câu và nhíp có điểm đặt lực phát động gần điểm tựa hơn điểm chịu lực cản. Do đó lực phát động có thể lớn hơn lực cản, bù lại đầu cần/nhíp có thể chuyển động nhanh hoặc đi xa hơn khi tay di chuyển một quãng nhỏ. Đòn bẩy không tự làm tăng công cơ học trong mô hình lí tưởng.
IV. Ứng dụng vào cơ thể và xe đạp
Cẳng tay người quay quanh khớp khuỷu: cơ nhị đầu tác dụng lực tương đối gần khớp, còn vật đặt ở bàn tay xa khớp. Cách bố trí này ưu tiên tốc độ và tầm chuyển động hơn là lợi về lực. Khi mang vật nặng, giữ vật gần người có thể giảm tác dụng làm quay gây mỏi cơ; nên duy trì tư thế cổ và lưng phù hợp.
Trên xe đạp, tay phanh và tay quay gắn pê-đan là ví dụ về các bộ phận có tác dụng đòn bẩy. Khi bàn chân đạp, chiều lực so với tay quay ảnh hưởng đến moment làm trục giữa quay; xích truyền chuyển động tới bánh sau.
Không nhầm: “Điểm tựa ở ngoài” không đồng nghĩa chắc chắn lợi về lực. Luôn so sánh cánh tay đòn của lực phát động với lực cản. Khối lượng riêng, trọng lực và ma sát của từng dụng cụ thật còn quyết định lực thực tế cần dùng.
03 · QUAN SÁT – THỰC HÀNH
Ba trạm khám phá đòn bẩy bằng mô hình SVG
Mô phỏng sử dụng thanh nhẹ, trục quay không ma sát, lực vuông góc với thanh và cân bằng về moment. Đồ họa thể hiện vị trí và độ lớn tương đối; không mô phỏng chuyển động động lực học thực hoặc tính hiệu suất.
TRẠM 02 · HAI CÁCH BỐ TRÍ ĐÒN BẨY LOẠI 2
Lợi về lực hay lợi về quãng đường?
Lực phát động F cần có30 N
So sánh lựcF < P
Nhận xétLợi về lực
TRẠM 03 · CƠ THỂ NGƯỜI VÀ ĐÒN BẨY
Vì sao đưa vật nặng sát người giúp giảm mỏi?
Lực cơ lí tưởng để cân bằng120 N
Kiểu đòn bẩyLoại 2 · O – A – B
Thực hành an toàn: Dùng thanh nhựa có các lỗ và quả nặng nhỏ, đặt điểm tựa chắc chắn; không dùng xà beng thật hoặc nâng vật nặng. Các lực trong mô phỏng là số liệu giả định để kiểm chứng cách bố trí, không thay thế lực kế đo trực tiếp.
04 · LUYỆN TẬP – KIỂM TRA
36 câu tự luyện · 22 câu kiểm tra/10 điểm
36Câu tự luyện6Nhóm kiến thức22Câu kiểm tra10Điểm tối đa
36 câu tự luyện thuộc sáu chủ đề riêng của Bài 19. Lời giải tự luyện chỉ hiện khi kiểm tra hoặc chủ động xem; đáp án đề 22 câu chỉ xuất hiện sau khi nộp.
Phần A · Tự luyện: Đòn bẩy và ứng dụng
0/36
Trang 1/6
Phần B · Kiểm tra cuối bài
8 ABCD = 2 điểm · 4 Đúng/Sai = 4 điểm · 8 trả lời ngắn = 2 điểm · 2 tự luận = 2 điểm. Tổng 10 điểm.
05 · SƠ ĐỒ TƯ DUY
Chọn cách bố trí đòn bẩy phù hợp
Chạm các nhánh để tổng hợp tác dụng, loại đòn bẩy và ứng dụng.
Chốt kiến thức: Loại 1: O ở giữa A và B. Loại 2: O ở ngoài đoạn AB; O–B–A thường lợi về lực, còn O–A–B thường lợi về đường đi. Ưu thế về lực phụ thuộc vào tỉ số cánh tay đòn và điều kiện thực tế.
06 · EM CÓ BIẾT?
Đòn bẩy có mặt ở cả dụng cụ và cơ thể
🛒 Xe cút kít
Trục bánh là điểm tựa; hàng nặng thường nằm giữa trục và tay nâng. Tay nâng dài giúp giảm lực cần dùng trong mô hình lí tưởng.
🎣 Cần câu cá
Một tay làm điểm tựa, tay còn lại tác dụng lực gần điểm tựa, cá ở đầu cần rất xa; cho lợi về đường đi/tốc độ của đầu cần chứ không lợi về lực.
💪 Cẳng tay và cơ bắp
Khớp khuỷu là điểm tựa; cơ nhị đầu bám gần khớp, còn vật cầm xa hơn. Giữ vật nặng gần thân giúp giảm moment tải trong những tư thế phù hợp.
🚲 Tay phanh và pê-đan
Tay phanh dùng đòn bẩy để tác dụng lên dây phanh hoặc cơ cấu phanh; pê-đan gắn với tay quay để tạo moment lên trục giữa xe đạp.
Thử cùng gia đình: Quan sát kéo, kìm, nắp chai, đũa, xe cút kít; vẽ hình đơn giản có ký hiệu O – A – B, rồi giải thích dụng cụ được lợi về lực, đổi hướng lực hay lợi về đường đi. Không thử với vật quá nặng, dao sắc hay điện đang sử dụng.