PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I – Tác dụng của 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.

Khoảng cách từ giá của lực tác dụng tới điểm tựa gọi là cánh tay đòn.

Kết quả thí nghiệm:

• Đòn bẩy có tác dụng thay đổi hướng lực: khi tác dụng lực hướng xuống ở một đầu, đầu còn lại nâng vật lên trên.
• Đòn bẩy cho lợi về lực khi cánh tay đòn (khoảng cách từ điểm tựa O đến giá của lực tác dụng) càng dài → lực cần tác dụng càng nhỏ.

Điều kiện lợi về lực: Muốn lực nâng vật nhỏ hơn trọng lượng vật, cần làm cho khoảng cách từ điểm tựa đến điểm tác dụng lực nâng ($OO_2$) lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa đến điểm tác dụng trọng lượng vật ($OO_1$).

Câu hỏi củng cố:

Chọn phát biểu sai khi nói về tác dụng của đòn bẩy:

A. Tác dụng của đòn bẩy là giảm lực kéo hoặc đẩy vật.

B. Tác dụng của đòn bẩy là tăng lực kéo hoặc đẩy vật. ✓

C. Đòn bẩy có tác dụng làm thay đổi hướng của lực vào vật.

D. Dùng đòn bẩy có thể được lợi về lực.

Đáp án: B. Đòn bẩy giúp giảm lực cần thiết (lợi về lực), không phải tăng lực. Ngoài ra đòn bẩy còn thay đổi hướng tác dụng lực. Phương án A, C, D đều đúng.

II – Các loại đòn bẩy

Tuỳ theo vị trí điểm tựa O so với điểm đặt các lực $F_1$ (lực do vật tác dụng) và $F_2$ (lực ta tác dụng), ta phân biệt hai loại đòn bẩy chính.

1. Đòn bẩy loại 1

Điểm tựa O nằm trong khoảng giữa điểm đặt $O_1$ và $O_2$ của hai lực $F_1$, $F_2$.

Đặc điểm: Cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực (khi ấn xuống ở một đầu, đầu kia nâng lên).

Ví dụ: Bập bênh, mái chèo thuyền, kéo cắt, búa nhổ đinh, bật nắp chai, máy bơm nước bằng tay.

2. Đòn bẩy loại 2

Điểm tựa O nằm ngoài khoảng giữa $O_1$ và $O_2$. Có hai trường hợp:

a) Đòn bẩy loại 2 cho lợi về lực:

Lực tác dụng $F_2$ nằm xa điểm tựa O hơn lực $F_1$ ($OO_2 > OO_1$).

Ví dụ: Xe cút kít, kẹp làm vỡ vỏ hạt, dụng cụ khui nắp chai.

b) Đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực (loại 3):

Lực tác dụng $F_2$ nằm gần điểm tựa O hơn lực $F_1$ ($OO_2 < OO_1$). Không lợi về lực nhưng giúp di chuyển vật nhanh và dễ dàng hơn.

Ví dụ: Cần câu cá, đôi đũa gắp thức ăn.

Bảng tổng hợp các loại đòn bẩy trong thực tế:

Câu hỏi củng cố:

Dụng cụ nào sau đây không phải ứng dụng của đòn bẩy?

A. Cái kéo   B. Cái kìm   C. Cái cưa ✓   D. Cái mở nút chai

Đáp án: C. Cái cưa hoạt động bằng cách cắt qua lại (ma sát), không dựa trên nguyên lí đòn bẩy. Kéo, kìm, mở nút chai đều là ứng dụng đòn bẩy.

Câu hỏi củng cố:

Đòn bẩy có thể chia làm mấy loại?

A. 2 loại dựa trên vị trí của vật và lực tác dụng.

B. 2 loại dựa trên vị trí của điểm tựa so với điểm đặt các lực. ✓

C. 4 loại.

D. Tất cả đều sai.

Đáp án: B. Đòn bẩy phân thành 2 loại chính dựa trên vị trí điểm tựa O: loại 1 (O nằm giữa) và loại 2 (O nằm ngoài, gồm cho lợi lực và không lợi lực).

III – Ứng dụng của đòn bẩy

1. Bơm nước bằng tay

Máy bơm nước bằng tay là đòn bẩy loại 1 (điểm tựa nằm giữa). Cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực: người ấn tay bơm xuống → nước được đẩy lên.

2. Đòn bẩy trong cơ thể người

Đầu người là đòn bẩy loại 1: trục quay là đốt sống trên cùng, trọng lượng đầu phân bố hai bên, hệ thống cơ sau gáy tạo lực giúp đầu cân bằng. → Nên ngồi thẳng, giữ cổ thẳng trục với cột sống để tránh mỏi cổ.

Cánh tay là đòn bẩy loại 2: trục quay tại khớp khuỷu tay, cơ bắp tay tạo lực nâng cánh tay cân bằng khi cầm vật nặng. → Khi cầm vật nặng nên gập sát cánh tay vào bắp tay để giảm cánh tay đòn, giảm tác dụng của trọng lượng vật, tránh mỏi cơ.

3. Đòn bẩy trong xe đạp

Xe đạp có nhiều bộ phận hoạt động như đòn bẩy: pê-đan + đùi + trục giữa + xích + líp, chân chống xe, tay phanh. Khi đạp pê-đan: lực chân hướng xuống → trục giữa quay → xích kéo líp → bánh sau quay → xe tiến về phía trước.

PHẦN 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Nhận biết và phân loại đòn bẩy

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định điểm tựa O (điểm mà đòn bẩy quay quanh).

Bước 2 – Xác định $O_1$ (điểm đặt lực do vật tác dụng) và $O_2$ (điểm đặt lực ta tác dụng).

Bước 3 – Phân loại:

• O nằm giữa $O_1$ và $O_2$ → loại 1.
• O nằm ngoài, $OO_2 > OO_1$ → loại 2 (lợi lực).
• O nằm ngoài, $OO_2 < OO_1$ → loại 2 (không lợi lực).

Ví dụ 1:

Xe cút kít thuộc đòn bẩy loại nào?

Hướng dẫn giải:

• Điểm tựa O: trục bánh xe (ở đầu xe).
• $O_1$: vị trí đặt vật nặng (giữa thùng xe).
• $O_2$: tay cầm (ở cuối xe, xa điểm tựa nhất).

→ O nằm ngoài khoảng $O_1 O_2$, và $OO_2 > OO_1$ → đòn bẩy loại 2 cho lợi về lực.

Ví dụ 2:

Đầu người và cánh tay là đòn bẩy loại mấy?

Hướng dẫn giải:

• Đầu người: trục quay (đốt sống) nằm giữa trọng lượng phần trước đầu và lực cơ sau gáy → loại 1.
• Cánh tay: trục quay (khuỷu tay) nằm ngoài, lực cơ bắp ($F_2$) gần trục quay hơn vật cầm ($F_1$) → loại 2 (không lợi lực) – nhưng giúp cánh tay di chuyển linh hoạt.

Dạng 2: Tính lực tác dụng lên đòn bẩy (điều kiện cân bằng)

Phương pháp:

Đòn bẩy cân bằng khi:

$$F_1 \times OO_1 = F_2 \times OO_2$$

Trong đó: $F_1$ là lực (hoặc trọng lượng vật) tại $O_1$, $F_2$ là lực tác dụng tại $O_2$.

Suy ra: $F_2 = F_1 \times \dfrac{OO_1}{OO_2}$

→ Nếu $OO_2 > OO_1$ thì $F_2 < F_1$ (lợi về lực).

Ví dụ 1:

Để bẩy một hòn đá có khối lượng 1 tấn, biết $OO_2 = 5 \times OO_1$. Tính lực tối thiểu $F_2$ cần tác dụng.

Hướng dẫn giải:

Trọng lượng hòn đá: $F_1 = P = 10 \times 1000 = 10\,000$ (N)

Điều kiện cân bằng:

$$F_1 \times OO_1 = F_2 \times OO_2$$

$$10\,000 \times OO_1 = F_2 \times 5 \times OO_1$$

$$F_2 = \frac{10\,000}{5} = 2000 \text{ (N)}$$

Ví dụ 2:

Một người tác dụng lực $F = 150$ N vào đầu A của đòn bẩy để bẩy hòn đá 60 kg. Biết $OB = 20$ cm. Tính chiều dài đòn bẩy AB.

Hướng dẫn giải:

Trọng lượng đá: $P = 10 \times 60 = 600$ (N)

Điều kiện cân bằng:

$$P \times OB = F \times OA$$

$$600 \times 20 = 150 \times OA$$

$$OA = \frac{12\,000}{150} = 80 \text{ (cm)}$$

Chiều dài đòn bẩy: $AB = OA + OB = 80 + 20 = 100$ cm = 1 m.

Ví dụ 3:

Đòn bẩy AB dài 1 m. Đầu A treo vật $m_1 = 400$ g, đầu B treo vật $m_2 = 100$ g. Tìm vị trí điểm tựa O để đòn bẩy cân bằng.

Hướng dẫn giải:

Gọi $OA = x$ → $OB = 1 – x$

Trọng lượng: $P_1 = 10 \times 0{,}4 = 4$ (N); $P_2 = 10 \times 0{,}1 = 1$ (N)

Điều kiện cân bằng:

$$P_1 \times OA = P_2 \times OB$$

$$4 \times x = 1 \times (1 – x)$$

$$4x = 1 – x$$

$$5x = 1 \quad \Rightarrow \quad x = 0{,}2 \text{ (m)} = 20 \text{ cm}$$

Điểm tựa O cách đầu A 20 cm (cách đầu B 80 cm).

Dạng 3: Giải thích hiện tượng thực tế về đòn bẩy

Phương pháp:

Bước 1 – Xác định đòn bẩy (vật quay, điểm tựa, lực tác dụng).

Bước 2 – Áp dụng nguyên lí: cánh tay đòn dài → moment lực lớn → tác dụng quay mạnh (hoặc cần lực nhỏ hơn).

Ví dụ 1:

Vì sao khi cầm vật nặng, ta cần gập sát cánh tay vào bắp tay?

Trả lời: Cánh tay là đòn bẩy loại 2, trục quay tại khuỷu tay. Khi gập sát cánh tay vào bắp tay, khoảng cách từ vật nặng đến khuỷu tay (cánh tay đòn của trọng lượng vật) giảm → moment do trọng lượng vật gây ra giảm → cơ bắp tay cần tạo lực nhỏ hơn để giữ cân bằng → ít mỏi hơn.

Ví dụ 2:

Một người gánh nước. Thùng thứ nhất nặng 20 kg, thùng thứ hai nặng 30 kg. Tìm vị trí vai (điểm tựa O) để đòn gánh cân bằng. Biết $OO_1 + OO_2 = 150$ cm.

Hướng dẫn giải:

$P_1 = 10 \times 20 = 200$ (N); $P_2 = 10 \times 30 = 300$ (N)

Điều kiện cân bằng:

$$P_1 \times OO_1 = P_2 \times OO_2$$

$$200 \times OO_1 = 300 \times OO_2 \quad \Rightarrow \quad OO_1 = 1{,}5 \times OO_2$$

Kết hợp: $OO_1 + OO_2 = 150$

$$1{,}5 \times OO_2 + OO_2 = 150 \quad \Rightarrow \quad 2{,}5 \times OO_2 = 150 \quad \Rightarrow \quad OO_2 = 60 \text{ cm}$$

$$OO_1 = 90 \text{ cm}$$

Vai đặt cách thùng 20 kg là 90 cm, cách thùng 30 kg là 60 cm (vai gần thùng nặng hơn).

Dạng 4: Xác định dụng cụ là đòn bẩy hay không

Phương pháp:

Đòn bẩy phải thoả 3 điều kiện: có thanh cứng, có trục quay (điểm tựa), có lực tác dụng làm thanh quay. Nếu thiếu một trong ba → không phải đòn bẩy.

Ví dụ:

Dụng cụ nào sau đây không phải ứng dụng đòn bẩy?

A. Dụng cụ khui nắp chai   B. Bấm giấy   C. Tua vít ✓   D. Bập bênh

Hướng dẫn giải:

Tua vít hoạt động bằng cách xoay tròn (nguyên lí bánh xe trục), không phải đòn bẩy. Các dụng cụ A, B, D đều có thanh cứng quay quanh điểm tựa → là đòn bẩy.

PHẦN 3: SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. KHÁI NIỆM

• Đòn bẩy: thanh cứng quay quanh trục đi qua điểm tựa O
• Cánh tay đòn: khoảng cách từ giá của lực đến điểm tựa
• Tác dụng: thay đổi hướng lực, có thể cho lợi về lực

2. PHÂN LOẠI

• 2.1. Đòn bẩy loại 1
  • O nằm giữa $O_1$ và $O_2$
  • Lợi về lực + thay đổi hướng lực
  • VD: bập bênh, mái chèo, kéo cắt, búa nhổ đinh, bơm nước tay
• 2.2. Đòn bẩy loại 2 (lợi lực)
  • O nằm ngoài, $OO_2 > OO_1$
  • Lợi về lực, nâng vật nặng
  • VD: xe cút kít, kẹp vỡ vỏ hạt
• 2.3. Đòn bẩy loại 2 (không lợi lực / loại 3)
  • O nằm ngoài, $OO_2 < OO_1$
  • Không lợi lực nhưng di chuyển vật nhanh, linh hoạt
  • VD: cần câu cá, đôi đũa

3. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG

• $F_1 \times OO_1 = F_2 \times OO_2$
• $OO_2 > OO_1$ → $F_2 < F_1$ (lợi về lực)

4. ỨNG DỤNG

• 4.1. Đời sống: bơm nước tay, xe cút kít, kéo, kìm, bập bênh
• 4.2. Cơ thể người
  • Đầu: đòn bẩy loại 1 (trục quay = đốt sống trên cùng)
  • Cánh tay: đòn bẩy loại 2 (trục quay = khuỷu tay)
  • Bàn chân khi kiễng: đòn bẩy loại 2 (trục quay = ngón chân)
• 4.3. Xe đạp: pê-đan + trục giữa + xích, chân chống, tay phanh

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