Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Mở đầu trang 79
Đề bài: Khi muốn nâng một vật, người ta cần tác dụng lực có hướng thẳng đứng lên trên (hình bên). Có cách nào tận dụng được trọng lượng của người để nâng được vật lên cao hay không?
Lời giải:
Có. Ta có thể dùng đòn bẩy:
- Đặt một thanh cứng (thanh gỗ, thanh sắt) lên một điểm tựa.
- Một đầu đòn bẩy đỡ vật cần nâng, đầu kia để người ngồi hoặc đứng lên.
- Khi đó, trọng lượng của người ép đầu đòn bẩy bên này xuống → đầu kia nâng vật lên cao.
→ Đòn bẩy giúp đổi hướng tác dụng lực: từ lực hướng xuống ở đầu này thành lực hướng lên ở đầu kia.
I. Tác dụng của đòn bẩy
Thí nghiệm trang 79 mục I
Đề bài:
Chuẩn bị: Thanh nhựa cứng có lỗ cách đều, giá thí nghiệm, lực kế, các quả nặng giống nhau có móc treo.
Tiến hành:
- Dùng lực kế đo lực tác dụng vào đòn bẩy AB, đòn bẩy có thể tác dụng lực nâng quả nặng.
- Thay đổi cánh tay đòn bằng cách móc lực kế vào các vị trí khác nhau. Đọc giá trị của lực kế khi thanh cân bằng theo phương nằm ngang tại mỗi vị trí.
Từ kết quả thí nghiệm, trả lời các câu hỏi sau:
- Đòn bẩy AB có tác dụng thay đổi hướng lực tác dụng khi nâng quả nặng như thế nào?
- Khi nào đòn bẩy cho ta lợi về lực?
Lời giải:
1. Đòn bẩy AB đã thay đổi hướng tác dụng lực:
- Quả nặng có trọng lượng hướng xuống dưới.
- Để nâng quả nặng lên, lẽ ra phải kéo lực hướng lên trên.
- Nhưng nhờ đòn bẩy, ta tác dụng lực hướng xuống dưới ở đầu A → quả nặng vẫn được nâng lên ở đầu B.
→ Đòn bẩy đã đổi hướng lực từ kéo lên thành kéo xuống.
2. Đòn bẩy cho ta lợi về lực khi:
- Cánh tay đòn của lực tác dụng (OA) lớn hơn cánh tay đòn của trọng lực (OB).
- Khi đó, lực kéo nhỏ hơn trọng lượng của quả nặng vẫn có thể nâng được vật.
Câu hỏi trang 80 mục I
Đề bài:
- Xác định điểm tựa, cánh tay đòn trong các trường hợp ở Hình 19.2.
- Sử dụng đòn bẩy như Hình 19.2 có thể làm đổi hướng tác dụng lực như thế nào?
Lời giải:
1. Xác định điểm tựa và cánh tay đòn:
| Trường hợp | Điểm tựa O | Cánh tay đòn |
|---|---|---|
| a) Xe cút kít | Trục bánh xe phía trước | Cánh tay đòn của trọng lực: từ trục bánh xe đến đáy thùng (chứa đất). Cánh tay đòn của lực kéo: từ trục bánh xe đến hai tay nắm. |
| b) Xà beng | Chỗ xà beng tựa vào mặt đất (hoặc viên đá kê) | Cánh tay đòn của trọng lực kiện hàng: từ điểm tựa đến đầu xà beng kê dưới kiện hàng. Cánh tay đòn của lực người tác dụng: từ điểm tựa đến đầu xa nơi tay người cầm. |
| c) Búa nhổ đinh | Chỗ đầu búa tựa vào mặt gỗ | Cánh tay đòn của đinh: từ điểm tựa đến vị trí đinh (rất ngắn). Cánh tay đòn của tay người: từ điểm tựa đến vị trí tay cầm cán búa. |
2. Đòn bẩy giúp đổi hướng tác dụng lực:
- a) Xe cút kít: lực kéo (ngang/lên trên) ở tay → biến thành lực nâng thùng đất lên (đi lên trên).
- b) Xà beng: ấn cán xà beng xuống → đầu kia nâng kiện hàng lên.
- c) Búa nhổ đinh: kéo cán búa xuống → đinh bị nâng lên ra khỏi gỗ.
→ Tóm lại, đòn bẩy thay đổi hướng lực (ngang ↔ dọc, lên ↔ xuống), giúp ta thao tác thuận tiện hơn.
II. Các loại đòn bẩy
Hoạt động trang 81 mục II
Đề bài:
- Hình 19.6 vẽ các dụng cụ, các vật có cấu tạo và chức năng của đòn bẩy.
- Em hãy chỉ rõ loại đòn bẩy trong từng trường hợp.
- Sử dụng đòn bẩy như vậy đem lại lợi ích như thế nào?
- Mô tả cách sử dụng đòn bẩy để tận dụng trọng lượng của người để nâng vật lên cao trong tình huống ở đầu bài học.
- Lấy các ví dụ khác về mỗi loại đòn bẩy trong cuộc sống và phân tích tác dụng của chúng.
Lời giải:
1. Phân loại các đòn bẩy trong Hình 19.6:
| Trường hợp | Loại đòn bẩy | Lợi ích khi sử dụng |
|---|---|---|
| a) Cần câu cá | Loại 2 (không lợi về lực) | Lợi về quãng đường: tay di chuyển ít, đầu cần di chuyển nhiều → kéo cá vào nhanh. |
| b) Bật nắp chai | Loại 2 (lợi về lực) | Mở được nắp chai chặt với lực nhỏ. |
| c) Sử dụng đũa | Loại 2 (không lợi về lực) | Linh hoạt, gắp được nhiều loại thức ăn. |
| d) Kẹp vỡ vỏ hạt | Loại 2 (lợi về lực) | Vỡ được vỏ hạt cứng một cách dễ dàng. |
| e) Chèo thuyền | Loại 2 (không lợi về lực) | Lợi về quãng đường: đầu mái chèo trong nước di chuyển xa → đẩy thuyền nhanh. |
| g) Kéo cắt | Loại 1 | Lợi về lực: cắt được vật cứng (vải, giấy dày, dây thép nhỏ) dễ dàng. |
2. Cách dùng đòn bẩy tận dụng trọng lượng của người để nâng vật:
- Đặt một thanh cứng (gỗ, sắt) lên một điểm tựa (viên gạch, gốc cây…).
- Đặt vật cần nâng ở đầu gần điểm tựa (cánh tay đòn ngắn).
- Người đứng (hoặc ngồi) lên đầu xa điểm tựa (cánh tay đòn dài).
- Trọng lượng của người ép đầu này xuống → đầu kia nâng vật lên cao.
→ Đây là đòn bẩy cho lợi về lực (loại 1 hoặc loại 2): chỉ cần trọng lượng người vừa phải cũng nâng được vật rất nặng.
3. Ví dụ khác về mỗi loại đòn bẩy:
- Đòn bẩy loại 1 (điểm tựa ở giữa): bập bênh sân chơi, cân đòn, kìm cắt dây, búa nhổ đinh → lợi về lực, đổi hướng lực.
- Đòn bẩy loại 2 lợi về lực (vật nằm giữa, điểm tựa ở đầu): xe cút kít, dụng cụ bóc vỏ hạt, dao chặt thịt → nâng/ép vật nặng với lực nhỏ.
- Đòn bẩy không lợi về lực (lực người nằm giữa, điểm tựa ở đầu): cán xẻng, cán cuốc, vợt cầu lông → lợi về quãng đường, thao tác nhanh và xa.
III. Ứng dụng của đòn bẩy
1. Bơm nước bằng tay
Câu hỏi trang 81 mục III.1
Đề bài: Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay (Hình 19.7) là đòn bẩy loại nào? Sử dụng máy bơm nước này cho ta những lợi ích gì?
Lời giải:
Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay là đòn bẩy loại 1:
- Điểm tựa O: nằm ở giữa, là trục quay của tay bơm.
- Lực tay người tác dụng ($F_2$): ở đầu cán tay bơm (xa điểm tựa).
- Lực kéo pit-tông để hút nước ($F_1$): ở phía đối diện điểm tựa (gần điểm tựa).
Lợi ích:
- Lợi về lực: cánh tay đòn $F_2$ (tay người) lớn hơn cánh tay đòn $F_1$ (pit-tông) → chỉ cần dùng lực nhỏ vẫn có thể kéo pit-tông để bơm nước lên dễ dàng.
- Đổi hướng tác dụng lực: ấn cán xuống → pit-tông chuyển động lên → hút nước từ giếng lên.
2. Đòn bẩy trong cơ thể người
Câu hỏi trang 82 mục III.2 (Tư thế ngồi tránh mỏi cổ)
Đề bài: Dựa trên cấu tạo của cơ thể và tác dụng của đòn bẩy, em hãy đưa ra tư thế ngồi để tránh mỏi cổ.
Lời giải:
Tư thế ngồi tránh mỏi cổ: Ngồi giữ đầu thẳng, không cúi quá nhiều về phía trước (xem điện thoại, đọc sách), cũng không ngửa quá nhiều về phía sau.
Giải thích bằng đòn bẩy:
- Đầu là đòn bẩy loại 1, trục quay là đốt sống cổ trên cùng.
- Khi đầu giữ thẳng: trọng lượng đầu ($F_1$) gần trục quay → cánh tay đòn $d_1$ nhỏ → cơ gáy ($F_2$) chỉ cần tạo lực nhỏ để giữ đầu cân bằng → không mỏi cổ.
- Khi cúi đầu nhiều: $F_1$ ra xa trục quay → $d_1$ tăng → cơ gáy phải tạo lực lớn để giữ đầu → mỏi cổ nhanh.
→ Vậy nên ngồi học, làm việc với màn hình cao ngang tầm mắt, lưng và cổ thẳng để tránh mỏi.
Câu hỏi trang 82 mục III.2 (Cầm vật nặng)
Đề bài: Em hãy giải thích vì sao khi cầm vật nặng, ta cần gập sát cánh tay vào bắp tay.
Lời giải:
Khi gập sát cánh tay vào bắp tay:
- Vật nặng được đưa lại gần trục quay (khuỷu tay) → cánh tay đòn $d_2$ của vật giảm xuống.
- Theo nguyên tắc đòn bẩy, để giữ cân bằng thì $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$. Khi $d_2$ giảm → $F_1$ (lực do cơ bắp tay tạo ra) cần thiết cũng giảm.
- → Cơ bắp tay đỡ phải tạo lực lớn → tay đỡ mỏi, có thể cầm vật nặng lâu hơn.
→ Nếu duỗi thẳng tay khi cầm vật nặng, $d_2$ rất lớn → $F_1$ phải rất lớn → cơ bắp nhanh mỏi, dễ bị đau.
3. Đòn bẩy trong xe đạp
Hoạt động trang 83 mục III.3
Đề bài: Thảo luận nhóm về vấn đề sau:
- Em hãy xác định các đòn bẩy trên xe đạp khi ta sử dụng xe. Ứng với mỗi trường hợp hãy xác định trục quay, các lực tác dụng và xác định loại đòn bẩy tương ứng.
- Hãy mô tả sự thay đổi hướng của lực khi dùng chân tác dụng lực lên pê-đan xe đạp để đẩy xe đạp tiến về phía trước. Xét quá trình tác dụng lực với hai trục quay tại trục giữa A và trục bánh sau B (Hình 19.10).
Lời giải:
Các đòn bẩy trên xe đạp:
| Bộ phận | Trục quay | Các lực tác dụng | Loại đòn bẩy |
|---|---|---|---|
| Tay phanh (tay thắng) | Bản lề tay phanh | Lực tay người ấn ở cuối tay phanh; lực căng dây phanh ở đầu gần bản lề | Loại 2 (lợi về lực) |
| Pê-đan và đĩa xích (trục A) | Trục giữa A | Lực chân đạp ở pê-đan (xa trục A); lực căng dây xích ở mép đĩa (gần trục A hơn) | Loại 2 (lợi về lực) |
| Đĩa líp và bánh sau (trục B) | Trục bánh sau B | Lực do dây xích kéo ở đĩa líp (gần trục B); lực ma sát mặt đường ở bánh xe (xa trục B) | Loại 2 (không lợi về lực — lợi về quãng đường) |
Mô tả sự thay đổi hướng lực khi đạp pê-đan đẩy xe tiến về phía trước:
- Bước 1: Chân tác dụng lực thẳng đứng hướng xuống lên pê-đan.
- Bước 2: Tại trục A (trục giữa), lực này tạo moment làm đĩa xích quay tròn quanh trục A → kéo căng dây xích.
- Bước 3: Dây xích kéo đĩa líp ở trục B → bánh sau quay quanh trục B.
- Bước 4: Khi bánh sau quay, lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường tạo ra lực đẩy xe theo phương ngang về phía trước.
→ Như vậy, lực thẳng đứng (chân đạp xuống) đã được hệ đòn bẩy của xe đạp chuyển thành lực đẩy theo phương ngang giúp xe tiến về phía trước.
Em có thể
Các loại đòn bẩy và lợi ích trong thực tiễn
Lời giải:
| Loại đòn bẩy | Đặc điểm | Ví dụ | Lợi ích |
|---|---|---|---|
| Loại 1 | Điểm tựa O ở giữa hai lực | Kéo cắt, kìm, búa nhổ đinh, bập bênh, cân đòn | Lợi về lực, đổi hướng tác dụng lực |
| Loại 2 lợi về lực | O ở đầu, vật ở giữa, lực người ở đầu xa | Xe cút kít, dụng cụ bật nắp chai, kẹp hạt dẻ | Nâng/ép vật nặng với lực nhỏ |
| Loại 2 không lợi về lực | O ở đầu, lực người ở giữa, vật ở đầu xa | Cần câu cá, đũa ăn, mái chèo, cán xẻng | Lợi về quãng đường, thao tác nhanh và linh hoạt |
Lựa chọn loại đòn bẩy phù hợp
Lời giải:
Tuỳ theo mục đích sử dụng, ta chọn loại đòn bẩy thích hợp:
- Khi cần nâng vật nặng hoặc tác dụng lực lớn vào vật cứng → chọn đòn bẩy loại 1 hoặc loại 2 lợi về lực (xe cút kít, kéo, kìm…).
- Khi cần thao tác linh hoạt, nhanh, chính xác → chọn đòn bẩy không lợi về lực (đũa, mái chèo, vợt cầu lông…).
- Khi cần đổi hướng tác dụng lực (ví dụ: ấn xuống để nâng vật lên) → chọn đòn bẩy loại 1 hoặc loại 2 lợi về lực có điểm tựa phù hợp.
Vận dụng kiến thức về đòn bẩy trong sinh hoạt hằng ngày
Lời giải:
Áp dụng kiến thức đòn bẩy để có thao tác đúng, tránh chấn thương:
- Khi cầm vật nặng: gập sát cánh tay vào bắp tay → giảm cánh tay đòn $d$ → cơ tay đỡ mỏi.
- Khi nâng vật từ dưới đất lên: khuỵu gối thay vì cúi gập lưng → tránh tổn thương cột sống lưng (giảm moment lực lên đốt sống lưng).
- Khi ngồi học, làm việc: giữ đầu, lưng thẳng; không cúi gập đầu nhiều → tránh mỏi cổ, gù lưng.
- Khi bê đồ nặng: ôm sát người, không xa người → giảm moment lực tác dụng lên cột sống.
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