- lý thuyết
- trắc nghiệm
- hỏi đáp
- bài tập sgk
Em hãy nêu nhưng ưu điểm và nhược điểm của đòn bẩy.
Các câu hỏi tương tự
Trong sinh hoạt hàng ngày bạn có thể nhìn thấy rất nhiều loại đòn bẩy, trong chúng có loại nhỏ như cái kéo, cái nhíp, cái cắt móng tay, có loại lớn như cánh tay cần cẩu. Trên một chiếc máy bạn có thể đồng thời nhìn thấy nhiều đòn bẩy, chúng phối hợp lẫn nhau, không những làm cho máy móc vận hành linh hoạt mà còn có thể hoàn thành nhiều động tác phức tạp.
Hình 1. Các vật dụng có đòn bẩy
Xét từ góc độ vận động thấy cơ thể người cũng là một bộ máy hoạt động không ngừng, nhưng nói chung rõ ràng là nó phức hợp và nhạy cảm hơn máy móc nhiều. Để có lợi cho sự hoạt động của người, xương cốt và cơ bắp cũng tạo thành các loại đòn bẩy khác nhau, cánh tay đòn bẩy do xương cốt đảm nhiệm, các khớp nối thường là điểm tựa của đòn bẩy, còn cơ bắp là lực cung cấp cho đòn bẩy hoạt động. Khi bạn đi, chạy, nhảy thậm chí trong khi làm một vài động tác nhỏ như giơ tay, gật đầu bạn đều không tự giác sử dụng những đòn bẩy ấy.
Nhìn từ trên xuống dưới thấy sọ và xương cổ tạo thành một đòn bẩy. Sọ dựa vào đầu trên của xương cổ, đó cũng là điểm tựa của đòn bẩy, thế nhưng trọng tâm của sọ lại ở phía trước điểm tựa. Trước và sau điểm tựa, mỗi bên đều có một tổ hợp cơ bắp dùng sức kéo, đòn bẩy này điều tiết lực kéo của cơ bắp sẽ làm cho đầu cúi về phía trước và ngả về phía sau.
Tay chân người cũng là đòn bẩy, cánh tay nhấc lên, hạ xuống đều lấy khuỷu tay làm điểm tựa. Khi tay mang vật nặng muốn giơ lên thì cơ hai đầu kéo lên trên, điểm tác dụng sẽ ở trong khoảng giữa điểm đặt trọng lực và điểm tựa; khi tay mang vật nặng mà thả xuống thì bắp cơ ba đầu sẽ kéo lên, điểm tác dụng sẽ ở ngoài điểm tựa.
Hình 2. Đòn bẩy trong cơ thể người
Khi người ta cúi lưng để nhấc một vật nặng lên thì sống lưng là một đòn bẩy, cánh tay đòn là xương cột sống, trọng lực của thân người và trọng lực của đầu, cánh tay và vật nặng đều lần lượt tác dụng lên đòn bẩy này. Thông qua sự nâng kéo của cơ bắp phần lưng duy trì được sự cân bằng của đòn bẩy. Vì khoảng cách hoặc cánh tay đòn của lực nâng kéo của cơ bắp phần lưng chỉ vào khoảng 1/6 khoảng cách cánh tay đòn của trọng lượng vật nặng, nên khi người cúi đầu nhấc vật nặng chỉ tăng thêm một chút thì lực kéo của cơ bắp phải tăng lên rất nhiều, đó chính là nguyên nhân làm cho cơ bắp phần lưng dễ bị tổn thương. Ngoài ra khi nhấc vật nặng, điểm tựa chịu lực cũng tương đối lớn, ví dụ một người có trọng lượng 900N khi nâng một vật nặng 250N thì lực đỡ ở điểm tựa cuối xương sống đạt tới 400N, áp lực như vậy là tương đối lớn.
Đòn bẩy có ý nghĩa nhất là ở chân, khi nhấc bàn chân lên, toàn bộ chân người lấy ngón chân làm điểm tựa, cơ bắp phía sau làm chân co lại, nhắc kéo lên trên. Từ kết cấu này có thể thấy, một người có thể trọng rất lớn, khi đứng chỉ cần nhấc bàn chân hơi nhỉnh lên một chút, cơ bắp sau chân và các ngón chân sẽ chịu lực rất lớn. Ngoài ra trong tình hình ở một thể trạng nhất định, thì chân người càng dài, cánh tay đòn của lực kéo cơ bắp sẽ càng lớn, khi người đó đi, chạy, nhảy thì tải trọng mà cơ bắp bàn chân phải chịu đựng sẽ nhẹ một chút. Nói chung những người to cao thường có thể trọng lớn và chân cũng tương ứng dài hơn một ít, vì vậy nếu thể trọng tăng lên, sức chịu đựng của cơ bắp sau của chân cũng không tăng lên nhiều.
Chắc hẳn các bạn đều đã được học qua về nguyên lý đòn bẩy từ chương trình vật lý THCS. Công thức của đòn bẩy cũng khá đơn giản:
Khoảng cách từ điểm tựa đến tâm của A x Trọng lượng của A = Khoảng cách từ điểm tựa đến tâm của B x Trọng lượng của B
Tuy đơn giản nhưng đòn bẩy giúp chúng ta có thể di chuyển vật nặng mà không phải tiêu tốn quá nhiều lực. Chính vì thế, đòn bẩy được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày, ví dụ đơn giản nhất là cái kéo các bạn thường dùng. Nhưng các bạn có biết, cơ thể của con người chúng ta chính là một trong những ví dụ thú vị nhất về ứng dụng của đòn bẩy không? Nhưng trước hết, hãy cùng xem qua các phân loại của đòn bẩy nhé.
Đòn bẩy nói chung gồm 3 điểm chính: điểm tựa – ký hiệu là F [trong tiếng anh gọi là fulcrum]; vật cần nâng – tạm ký hiệu là R; và lực tác động – tạm ký hiệu là AF. Khoảng cách giữa F và R tạm gọi là a; khoảng cách giữa F và AF tạm gọi là b
Loai đòn bẩy thường thấy trong SGK nhất là loại 1: điểm tựa ở giữa vật cần nâng và lực tác động
b càng lớn thì lực cần tác động để nâng R càng nhỏ nhưng bù lại, tốc độ di chuyển của R sẽ chậm. Ngược lại, nếu b nhỏ thì lực AF phải lớn hơn và tốc độ di chuyển của R cũng sẽ nhanh hơn.
Loại 2: vật cần nâng ở giữa lực tác động và điểm tựa:
Ví dụ của loại 2 là xe đẩy hay xe cút kít dùng trong các công trường xây dựng
Như các bạn có thể thấy, trong đòn bẩy loại 2, a lúc nào cũng nhỏ hơn b nên những đòn bẩy loại này sẽ nâng được vật nặng nhưng tốc độ của vật sẽ chậm
Loại 3: lục tác động ở giữa vật cần nâng và điểm tựa:
Ví dụ của loại 3 là cái chổi. Bạn nào đã từng quét nhà chắc cũng từng trải nghiệm qua: cầm gần đuôi chổi [điểm tựa] nếu muốn quét nhanh [b nhỏ] nhưng nếu muốn quét chậm, quét kỹ thì cầm gần đầu chổi [b lớn].
Trong đòn bẩy loại 3, a lúc nào cũng lớn hơn b nên những đòn bẩy loại này sẽ phải dùng nhiều sức hơn nhưng bù lại, vật sẽ đi nhanh hơn, di chuyển thoải mái hơn.
Bây giờ các bạn đã biết về 3 loại đòn bẩy. Theo các bạn nghĩ, cơ thể con người sẽ dùng loại đòn bẩy nào nhiều nhất? Trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của chúng ta, điều gì quan trọng hơn? Nếu các bạn chọn loại 3 thì các bạn chọn đúng rồi đấy. Đối với con người chúng ta, khả năng di chuyển nhanh với tầm di chuyển rộng quan trọng hơn khả năng nâng được những vật nặng. Chính vì thế, các cơ bắp và xương khớp trong cơ thể chúng ta được thiết kế dựa trên đòn bẩy loại 3.
Ví dụ khi các bạn gập cánh tay lại, khớp cùi chỏ của bạn chính là điểm tựa và lực để nâng cánh tay được tạo ra bởi các cơ trong bắp tay. Các bạn có thể thấy khoảng cách từ cùi chỏ đến bắp tay – b – là khá nhỏ so với a. Chính vì thế, đối với con người chúng ta, nâng 1 túi gạo 2kg có thể là rất khó khăn nhưng ném, bắt 1 quả bóng lại rất dễ dàng.
Một ví dụ khác là khi bạn cúi người xuống để nâng 1 vật nặng. Khi đó, hông của bạn trở thành điểm tựa và lực nâng được tạo ra bởi các cơ lưng, cơ nằm xung quanh xương sống. Nếu các bạn nâng vật như hình bên trái, khoảng cách a sẽ lớn, đòi hỏi các cơ bắp ở lưng và côt sống phải hoạt động nhiều, dễ gây ra chấn thương. Nhưng nếu bạn nâng vật như hình bên phải, khoảng cách a sẽ nhỏ giúp giảm lực cần tác động để nâng vật.
Vì thế, từ nay trở đi, khi các bạn muốn nâng các vật năng, nên đứng gần vật cần nâng và gập đầu gối chứ đừng nên cong lưng. Nếu ai hỏi lý do tại sao, các bạn chỉ cần nói: “Tại vì nguyên lý đòn bẩy”