Lớp 8 · KHTN
Bài 19
Đòn Bẩy Và Ứng Dụng
Khái niệm, phân loại, điều kiện cân bằng và ứng dụng đòn bẩy trong đời sống
1
Khái niệm và tác dụng của đòn bẩy
▼
ĐÒN BẨY
Đòn bẩy là một thanh cứng có thể quay quanh một trục đi qua một điểm xác định gọi là điểm tựa O.
Khi chịu tác dụng lực làm quay, đòn bẩy có thể làm thay đổi hướng tác dụng của lực và có thể cho ta lợi về lực.
Cấu tạo cơ bản của một đòn bẩy:
$F_1$
↓
O (điểm tựa)
$F_2$
↓
$O_1$
$O_2$
Đòn bẩy gồm: thanh cứng — điểm tựa O — lực $F_1$ tại $O_1$ — lực $F_2$ tại $O_2$
- Điểm tựa O: điểm đòn bẩy quay quanh.
- $O_1$: điểm đặt lực $F_1$ (lực do vật tác dụng lên đòn bẩy, thường là trọng lượng vật).
- $O_2$: điểm đặt lực $F_2$ (lực ta tác dụng vào đòn bẩy).
Cánh tay đòn: Khoảng cách từ giá của lực tác dụng tới điểm tựa O gọi là cánh tay đòn. Trong đòn bẩy có 2 cánh tay đòn: $OO_1$ (của lực $F_1$) và $OO_2$ (của lực $F_2$).
▸ Tác dụng của đòn bẩy:
① Thay đổi hướng tác dụng của lực: tác dụng lực hướng xuống ở một đầu → đầu kia nâng vật lên.
② Cho lợi về lực: khi cánh tay đòn của lực ta tác dụng $OO_2$ dài hơn cánh tay đòn của trọng lượng vật $OO_1$, ta cần dùng lực nhỏ hơn trọng lượng vật.
② Cho lợi về lực: khi cánh tay đòn của lực ta tác dụng $OO_2$ dài hơn cánh tay đòn của trọng lượng vật $OO_1$, ta cần dùng lực nhỏ hơn trọng lượng vật.
ĐIỀU KIỆN LỢI VỀ LỰC
$OO_2 > OO_1 \Rightarrow F_2 < F_1$
(Cánh tay đòn của lực tác dụng dài hơn → lực cần thiết nhỏ hơn)
(Cánh tay đòn của lực tác dụng dài hơn → lực cần thiết nhỏ hơn)
2
Phân loại đòn bẩy
▼
Tuỳ theo vị trí điểm tựa O so với điểm đặt các lực $F_1$ và $F_2$, đòn bẩy được chia thành 2 loại.
1 Đòn bẩy LOẠI 1
$F_1$ ↓
$F_2$ ↓
Điểm tựa O nằm giữa điểm đặt $O_1$ và $O_2$ của hai lực.
Đặc điểm: Cho lợi về lực (khi $OO_2 > OO_1$) và thay đổi hướng tác dụng lực.
Đặc điểm: Cho lợi về lực (khi $OO_2 > OO_1$) và thay đổi hướng tác dụng lực.
Ví dụ: bập bênh, mái chèo thuyền, kéo cắt, búa nhổ đinh, bật nắp chai, máy bơm nước bằng tay.
2a Đòn bẩy LOẠI 2 (lợi về lực)
$F_1$ ↓
$F_2$ ↑
Điểm tựa O nằm ngoài đoạn $O_1 O_2$, lực $F_2$ xa điểm tựa hơn lực $F_1$ ($OO_2 > OO_1$).
Đặc điểm: Cho lợi về lực.
Đặc điểm: Cho lợi về lực.
Ví dụ: xe cút kít, kẹp làm vỡ vỏ hạt, dụng cụ khui nắp chai.
2b Đòn bẩy LOẠI 2 (không lợi lực)
$F_2$ ↑
$F_1$ ↓
Điểm tựa O nằm ngoài đoạn $O_1 O_2$, lực $F_2$ gần điểm tựa hơn lực $F_1$ ($OO_2 < OO_1$).
Đặc điểm: Không lợi về lực, nhưng giúp di chuyển vật nhanh và dễ dàng hơn.
Đặc điểm: Không lợi về lực, nhưng giúp di chuyển vật nhanh và dễ dàng hơn.
Ví dụ: cần câu cá, đôi đũa gắp thức ăn.
⚠️Mẹo phân biệt nhanh:
• Điểm tựa nằm giữa 2 lực → loại 1.
• Điểm tựa ở 1 đầu, lực ta tác dụng xa điểm tựa hơn vật → loại 2 lợi lực.
• Điểm tựa ở 1 đầu, lực ta tác dụng gần điểm tựa hơn vật → loại 2 không lợi lực.
• Điểm tựa nằm giữa 2 lực → loại 1.
• Điểm tựa ở 1 đầu, lực ta tác dụng xa điểm tựa hơn vật → loại 2 lợi lực.
• Điểm tựa ở 1 đầu, lực ta tác dụng gần điểm tựa hơn vật → loại 2 không lợi lực.
3
Bảng phân loại các dụng cụ thực tế
▼
Dưới đây là bảng tổng hợp các dụng cụ thường gặp và phân loại đòn bẩy tương ứng:
| Dụng cụ | Loại | Tác dụng |
|---|---|---|
| Bập bênh | Loại 1 | Đổi hướng lực, có thể lợi lực |
| Mái chèo thuyền | Loại 1 | Lợi lực, đổi hướng tác dụng |
| Kéo cắt giấy | Loại 1 | Lợi lực, đổi hướng tác dụng |
| Búa nhổ đinh | Loại 1 | Lợi lực rất lớn để nhổ đinh |
| Bật nắp chai | Loại 1 | Lợi lực, mở nắp dễ dàng |
| Xe cút kít | Loại 2 (lợi lực) | Nâng vật nặng dễ dàng |
| Kẹp vỡ vỏ hạt | Loại 2 (lợi lực) | Tạo lực lớn để bẻ vỡ |
| Dụng cụ khui nắp chai | Loại 2 (lợi lực) | Bật nắp chai bằng lực nhỏ |
| Cần câu cá | Loại 2 (không lợi) | Di chuyển cá nhanh, linh hoạt |
| Đôi đũa gắp thức ăn | Loại 2 (không lợi) | Gắp nhanh, linh hoạt |
LƯU Ý
Một số dụng cụ KHÔNG phải đòn bẩy mặc dù trông có vẻ giống:
• Cái cưa — hoạt động nhờ ma sát qua lại, không quay quanh điểm tựa.
• Tua vít — hoạt động bằng cách xoay tròn (nguyên lí bánh xe trục).
• Cái cuốc, cái xẻng — kết hợp nhiều nguyên lí, không thuần đòn bẩy.
• Cái cưa — hoạt động nhờ ma sát qua lại, không quay quanh điểm tựa.
• Tua vít — hoạt động bằng cách xoay tròn (nguyên lí bánh xe trục).
• Cái cuốc, cái xẻng — kết hợp nhiều nguyên lí, không thuần đòn bẩy.
4
Điều kiện cân bằng của đòn bẩy
▼
Khi đòn bẩy ở trạng thái cân bằng (đứng yên), tổng moment lực hai bên điểm tựa phải bằng nhau:
ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG ĐÒN BẨY
$F_1 \times OO_1 = F_2 \times OO_2$
• $F_1$ : lực do vật tác dụng (thường là trọng lượng $P$ của vật) (N)
• $F_2$ : lực ta tác dụng vào đòn bẩy (N)
• $OO_1$ : cánh tay đòn của $F_1$ (m hoặc cm)
• $OO_2$ : cánh tay đòn của $F_2$ (m hoặc cm)
• $F_2$ : lực ta tác dụng vào đòn bẩy (N)
• $OO_1$ : cánh tay đòn của $F_1$ (m hoặc cm)
• $OO_2$ : cánh tay đòn của $F_2$ (m hoặc cm)
Từ điều kiện cân bằng, ta có thể suy ra:
① Tính lực $F_2$ cần dùng:
$F_2 = F_1 \times \dfrac{OO_1}{OO_2}$
② Tính cánh tay đòn cần thiết:
$OO_2 = \dfrac{F_1 \times OO_1}{F_2}$
$F_2 = F_1 \times \dfrac{OO_1}{OO_2}$
② Tính cánh tay đòn cần thiết:
$OO_2 = \dfrac{F_1 \times OO_1}{F_2}$
💡Quy luật quan trọng:
• Nếu $OO_2 > OO_1$ → $F_2 < F_1$ (lợi về lực, ta dùng lực nhỏ hơn trọng lượng vật).
• Nếu $OO_2 = OO_1$ → $F_2 = F_1$ (không lợi không thiệt).
• Nếu $OO_2 < OO_1$ → $F_2 > F_1$ (thiệt về lực, ta phải dùng lực lớn hơn).
• Nếu $OO_2 > OO_1$ → $F_2 < F_1$ (lợi về lực, ta dùng lực nhỏ hơn trọng lượng vật).
• Nếu $OO_2 = OO_1$ → $F_2 = F_1$ (không lợi không thiệt).
• Nếu $OO_2 < OO_1$ → $F_2 > F_1$ (thiệt về lực, ta phải dùng lực lớn hơn).
VÍ DỤ
Để bẩy hòn đá nặng $P = 10\,000$ N, dùng đòn bẩy có $OO_2 = 5 \times OO_1$. Lực tối thiểu cần tác dụng:
$F_2 = F_1 \times \dfrac{OO_1}{OO_2} = 10\,000 \times \dfrac{1}{5} = 2000$ N.
→ Tiết kiệm được 5 lần lực!
$F_2 = F_1 \times \dfrac{OO_1}{OO_2} = 10\,000 \times \dfrac{1}{5} = 2000$ N.
→ Tiết kiệm được 5 lần lực!
⚠️Lưu ý đơn vị: $OO_1$ và $OO_2$ phải cùng đơn vị (cùng cm hoặc cùng m) để công thức tính ra đúng. Không cần đổi sang m nếu cả hai cùng đơn vị cm.
5
Ứng dụng đòn bẩy trong cơ thể người và xe đạp
▼
▸ a) Đòn bẩy trong cơ thể người
🧠 Đầu người – Đòn bẩy LOẠI 1
Trục quay: đốt sống trên cùng (cổ).
Lực $F_1$: trọng lượng phần trước đầu.
Lực $F_2$: hệ thống cơ sau gáy.
→ Cần ngồi thẳng, giữ cổ thẳng trục với cột sống để tránh mỏi cổ.
Lực $F_1$: trọng lượng phần trước đầu.
Lực $F_2$: hệ thống cơ sau gáy.
→ Cần ngồi thẳng, giữ cổ thẳng trục với cột sống để tránh mỏi cổ.
💪 Cánh tay – Đòn bẩy LOẠI 2
Trục quay: khớp khuỷu tay.
Lực $F_1$: trọng lượng vật cầm trên tay.
Lực $F_2$: cơ bắp tay tạo lực nâng.
→ Khi cầm vật nặng, nên gập sát cánh tay vào bắp tay để giảm cánh tay đòn của vật, đỡ mỏi cơ.
Lực $F_1$: trọng lượng vật cầm trên tay.
Lực $F_2$: cơ bắp tay tạo lực nâng.
→ Khi cầm vật nặng, nên gập sát cánh tay vào bắp tay để giảm cánh tay đòn của vật, đỡ mỏi cơ.
▸ b) Đòn bẩy trong xe đạp
Xe đạp có nhiều bộ phận hoạt động như đòn bẩy:
- Pê-đan + đùi xe + trục giữa + xích + líp: khi đạp pê-đan, lực chân hướng xuống → trục giữa quay → xích kéo líp → bánh sau quay → xe tiến về phía trước.
- Chân chống xe: dùng để chống xe đứng yên.
- Tay phanh: ấn tay phanh → má phanh ép vào vành bánh → xe dừng.
Bơm nước bằng tay: Là đòn bẩy loại 1, điểm tựa nằm giữa. Cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng: ấn tay bơm xuống → nước bị đẩy lên.
6
Xem đầy đủ lý thuyết
▼
📚
Đòn bẩy và ứng dụng – Lý thuyết, phân loại & phương pháp giải
Bài viết đầy đủ tại edus.vn: định nghĩa, phân loại đòn bẩy, điều kiện cân bằng, các dạng bài tập tính toán có lời giải chi tiết, ứng dụng thực tế.
Xem bài lý thuyết gốc →
1
—
Điểm: 0/22
⚖️
Cùng luyện bài Đòn bẩy & ứng dụng!
22 câu: 17 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 2 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/22
💡 Gợi ý
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu