# Đòn bẩy và ứng dụng – Vật lí lớp 8, Bài 19 > Một tảng đá nặng 600 N, bạn dùng hết sức cũng không nhấc nổi. Thế mà chỉ cần một thanh sắt dài kê lên viên gạch, đẩy nhẹ ở đầu kia, tảng đá đã nhấc lên. Bí mật nằm ở đâu? - Trang bài: https://anim.vn/lop-8/vat-li/bai-19-don-bay-va-ung-dung/ - Video: https://youtu.be/mT1fLPOzgPU (8:12) - Thuộc: Vật lí lớp 8 · Bài 19 - Bài tập về nhà (PDF, có lời giải): https://anim.vn/media/lop8-vat-li-bai-19/bai-tap-ve-nha.pdf ## Mục lục video - 0:00 Mở đầu: nhấc tảng đá 600 N - 0:24 Cấu tạo đòn bẩy - 1:22 Khi nào lợi về lực? F₁d₁ = F₂d₂ - 2:41 Các loại đòn bẩy - 3:29 Ứng dụng: cái kéo - 4:04 Dạng 1: Điểm tựa và loại đòn bẩy - 5:14 Dạng 2: Tính lực, cánh tay đòn - 6:32 Dạng 3: Bập bênh thăng bằng - 7:47 Kết bài > Một tảng đá nặng 600 N, bạn dùng hết sức cũng không nhấc nổi. Thế mà chỉ cần một thanh sắt dài kê lên viên gạch, đẩy nhẹ ở đầu kia, tảng đá đã nhấc lên. Bí mật nằm ở đâu? ## 1. Đòn bẩy gồm những gì? **Đòn bẩy** là một vật cứng quay được quanh một điểm cố định. - **Điểm tựa O**: điểm cố định mà đòn bẩy quay quanh. - **Lực tác dụng $F_1$**: lực của tay ta (hoặc của máy) tác dụng lên đòn bẩy. - **Lực cản $F_2$**: lực của vật cần nâng, cần cắt, cần ép… tác dụng lên đòn bẩy. - **Cánh tay đòn**: khoảng cách từ **điểm tựa O** tới giá (đường thẳng chứa mũi tên) của lực. $d_1$ là cánh tay đòn của $F_1$, $d_2$ là cánh tay đòn của $F_2$. Đòn bẩy có thể **đổi hướng của lực**: tay ấn xuống, vật lại đi lên. - **Ví dụ 1.** Chiếc bập bênh: điểm tựa là trục ở giữa; hai bạn ngồi ở hai đầu tạo ra hai lực đè xuống. - **Ví dụ 2.** Dùng cán thìa bẩy nắp hộp sơn: điểm tựa là **mép hộp**, lực cản ở chỗ nắp bám vào hộp, tay ấn xuống ở cuối cán thìa. Tay ấn **xuống**, nắp bật **lên**. ## 2. Khi nào đòn bẩy cho ta lợi về lực? Đặt một vật nặng 600 N ở đầu trái của một thanh cứng dài 8 vạch, tay ấn ở đầu phải, rồi dời điểm tựa: | Điểm tựa | $d_2$ (phía vật) | $d_1$ (phía tay) | Lực tay cần ấn | |---|---|---|---| | ở giữa | 4 vạch | 4 vạch | 600 N (bằng vật) | | gần vật | 2 vạch | 6 vạch | 200 N (**nhẹ hơn**) | | xa vật | 6 vạch | 2 vạch | 1 800 N (**nặng hơn**) | **Đòn bẩy cho ta lợi về lực khi cánh tay đòn của lực tác dụng dài hơn cánh tay đòn của lực cản** ($d_1 > d_2$). Nhớ lại moment lực: đòn bẩy nằm cân bằng khi moment hai bên bằng nhau: $$F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$$ - **Ví dụ 1.** Bố nặng 600 N ngồi cách trục bập bênh 1 m, con nặng 300 N ngồi cách trục 2 m. $600 \cdot 1 = 300 \cdot 2 = 600$ → bập bênh **thăng bằng**. Người nhẹ hơn ngồi xa trục hơn. - **Ví dụ 2.** Xà beng bẩy hòn đá 900 N. Đá cách điểm tựa 0,2 m, tay cách điểm tựa 1,2 m. $F_1 = \dfrac{900 \cdot 0{,}2}{1{,}2} = 150$ N — nhẹ đi **6 lần**. Nhưng tay phải đi quãng đường dài gấp 6 lần quãng đường hòn đá nhấc lên: **lợi về lực thì thiệt về đường đi**. ## 3. Các loại đòn bẩy | Loại | Vị trí điểm tựa O | Lợi về lực? | Ví dụ | |---|---|---|---| | Loại 1 | **nằm giữa** hai điểm đặt lực | tuỳ: lợi nếu $d_1 > d_2$ | bập bênh, cái kìm, thìa bẩy nắp hộp sơn | | Loại 2 (lợi về lực) | ở **một đầu**; tay **xa** O hơn vật | luôn lợi | cái ép tỏi, bàn xén giấy | | Loại 2 (không lợi về lực) | ở **một đầu**; tay **gần** O hơn vật | thiệt về lực, lợi về đường đi | cần gạt nước ô tô, cánh tay máy xúc | Loại 2 không lợi về lực có nơi gọi là **đòn bẩy loại 3**. Nó vẫn có ích: tay (hoặc máy) chỉ nhích một đoạn ngắn mà đầu kia đi được quãng đường dài và nhanh. ## 4. Ứng dụng: làm việc khéo hơn - **Cái kéo** gồm hai đòn bẩy loại 1; điểm tựa là **cái chốt** ở giữa, không phải mũi kéo. Cắt cành cây cứng: đẩy cành vào **sát chốt** ($d_2$ ngắn) và cầm ở **cuối cán** ($d_1$ dài) → nhẹ tay hẳn. - **Kéo cắt tôn** cán dài, lưỡi ngắn → lợi về lực. **Kéo cắt giấy** lưỡi dài, cán ngắn → không cần lực lớn, mỗi nhát cắt được dài. ## Kí hiệu | Kí hiệu | Đọc | Nghĩa | |---|---|---| | O | ô | điểm tựa | | $F_1$ | ép một | lực tác dụng (tay) | | $F_2$ | ép hai | lực cản (vật) | | $d_1$, $d_2$ | đê một, đê hai | cánh tay đòn, đo **từ O** | | $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$ | | điều kiện cân bằng | ## Lỗi hay gặp 1. **Nghĩ đòn bẩy nào cũng lợi về lực.** Sai: khi tay đặt gần điểm tựa hơn vật (cần gạt nước, máy xúc), ta thiệt về lực. 2. **Nhầm điểm tựa.** Ở cái kéo, cái kìm, điểm tựa là **chốt**, không phải đầu mũi hay đầu cán. 3. **Đo cánh tay đòn sai.** Cánh tay đòn đo **từ điểm tựa** tới giá của lực, không phải khoảng cách giữa hai lực, cũng không phải cả chiều dài thanh. ## Bài tập theo dạng ### Dạng 1: Xác định điểm tựa và loại đòn bẩy **Cách làm:** (1) tìm chỗ dụng cụ quay quanh → điểm tựa; (2) điểm tựa ở giữa hay ở một đầu; (3) tay xa hay gần điểm tựa hơn vật. **Bài 1.** Với mỗi dụng cụ, chỉ ra điểm tựa, loại đòn bẩy và có lợi về lực không: a) kìm cắt dây thép; b) bàn xén giấy (lưỡi dao gắn bản lề ở một đầu bàn); c) cánh tay máy xúc (xi lanh đẩy gần khớp quay, gầu ở đầu cần).
Đáp án a) Điểm tựa là chốt kìm, nằm giữa dây (ở mỏ) và tay (ở cán) → loại 1; tay xa chốt hơn dây → lợi về lực. b) Điểm tựa là bản lề ở một đầu; giấy ở giữa, tay ở đầu kia → loại 2, tay xa O hơn vật → lợi về lực. c) Điểm tựa là khớp quay; xi lanh (lực tác dụng) gần khớp, gầu (vật) ở xa → loại 2 **không** lợi về lực (thiệt về lực, lợi về đường đi).
**Bài 2.** Bạn Tú nói: "Đã dùng đòn bẩy thì bao giờ cũng nhẹ tay hơn." Đúng hay sai? Cho một ví dụ.
Đáp án Sai. Ví dụ cần gạt nước ô tô: mô-tơ đẩy gần trục, lưỡi gạt ở xa → mô-tơ phải dùng lực lớn hơn lực cản ở lưỡi gạt; bù lại lưỡi gạt quét được rộng và nhanh.
### Dạng 2: Tính lực hoặc cánh tay đòn bằng $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$ **Cách làm:** đo từng cánh tay đòn **từ điểm tựa**, thay vào $F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$ rồi tìm đại lượng chưa biết. **Bài 3.** Thanh gỗ AB dài 1,25 m dùng để bẩy một cối đá nặng 800 N đặt ở đầu A. Điểm tựa O cách A 0,25 m, tay ấn ở đầu B. a) Tay cần ấn một lực bao nhiêu? b) Muốn chỉ ấn 100 N thì tay phải cách O bao xa?
Đáp án a) $d_2 = OA = 0{,}25$ m; $d_1 = OB = 1{,}25 - 0{,}25 = 1$ m (không phải $AB = 1{,}25$ m). $F_1 \cdot 1 = 800 \cdot 0{,}25$ → $F_1 = 200$ N. b) $d_1 = \dfrac{800 \cdot 0{,}25}{100} = 2$ m.
### Dạng 3: Bập bênh nghiêng bên nào, ngồi đâu cho thăng bằng? **Cách làm:** tính tích $F \cdot d$ mỗi bên; bên nào lớn hơn thì chúc xuống; bằng nhau thì thăng bằng. **Bài 4.** Bập bênh có trục ở giữa, mỗi bên dài 1,5 m. Anh Minh nặng 450 N, bé Na nặng 300 N, cả hai ngồi ở hai đầu. a) Bên nào chúc xuống? b) Minh phải ngồi cách trục bao nhiêu để bập bênh thăng bằng? c) Minh vẫn ngồi ở đầu. Na ôm thêm một ba lô. Ba lô nặng bao nhiêu thì bập bênh thăng bằng?
Đáp án a) Minh: $450 \cdot 1{,}5 = 675$; Na: $300 \cdot 1{,}5 = 450$. $675 > 450$ → bên Minh chúc xuống. b) $450 \cdot d = 450$ → $d = 1$ m. c) Bên Na cần $F \cdot 1{,}5 = 675$ → $F = 450$ N → ba lô nặng $450 - 300 = 150$ N.
## Trò chơi ở nhà (5 phút) **Bập bênh bằng thước kẻ.** Đặt một cây bút chì tròn nằm ngang trên bàn làm điểm tựa, gác thước kẻ 30 cm lên trên. 1. Đặt 2 đồng xu chồng nhau ở vạch 5 cm và 1 đồng xu ở phía bên kia. Đẩy bút chì sang trái, sang phải tới khi thước nằm cân bằng. Đồng xu đơn nằm xa bút chì gấp mấy lần chồng 2 đồng xu? 2. Đi quanh nhà, tìm 3 đồ vật là đòn bẩy (kéo, kìm, cái ép tỏi, cửa tủ…). Với mỗi đồ vật, chỉ ra điểm tựa và đoán xem nó giúp bạn lợi về lực hay lợi về đường đi. ## Lời thoại video ### 0:00 Mở đầu: nhấc tảng đá 600 N Trong vườn có một tảng đá nặng 600 N. Bạn cúi xuống, dùng hết sức nâng lên, mà nó chẳng hề nhúc nhích. Giờ lấy một thanh sắt dài, kê lên một viên gạch, rồi ấn nhẹ ở đầu bên kia. Tảng đá từ từ nhấc lên! Thanh sắt ấy là một đòn bẩy. Vì sao nó giúp ta khoẻ hơn, và khi nào thì không? ### 0:24 Cấu tạo đòn bẩy Mọi đòn bẩy đều là một vật cứng, quay được quanh một điểm cố định. Điểm cố định đó gọi là điểm tựa, kí hiệu O. Hai lực: lực tác dụng của tay F₁, và lực cản của vật F₂. Tay ấn xuống, tảng đá lại đi lên. Đòn bẩy đã đổi hướng của lực. Khoảng cách từ điểm tựa tới giá của lực gọi là cánh tay đòn. Cánh tay đòn của F₁ là d₁, của F₂ là d₂. Chú ý: luôn đo từ điểm tựa, không đo khoảng cách giữa hai lực. Ví dụ 1: bập bênh. Điểm tựa là trục ở giữa, hai bạn ngồi hai đầu tạo ra hai lực. Ví dụ 2: cán thìa bẩy nắp hộp sơn. O là mép hộp, lực cản ở nắp, tay ấn ở cuối cán. ### 1:22 Khi nào lợi về lực? F₁d₁ = F₂d₂ Đòn bẩy có luôn giúp ta nhẹ tay hơn không? Cùng thử dời điểm tựa. Vật nặng 600 N. Điểm tựa ở giữa: d₁ = d₂, tay phải ấn đúng 600 N. Dời điểm tựa lại gần vật: d₁ dài ra, lực cần ấn chỉ còn 200 N. Dời điểm tựa ra xa vật: d₁ ngắn lại, phải ấn tới 1 800 N. Đòn bẩy cho ta lợi về lực khi cánh tay đòn của lực tác dụng dài hơn: d₁ > d₂. Nhớ lại moment lực: cân bằng khi moment hai bên bằng nhau: F₁ · d₁ = F₂ · d₂. Ví dụ 1: bố 600 N ngồi cách trục 1 m, bé 300 N ngồi cách trục 2 m. 600 · 1 = 300 · 2 = 600. Bập bênh thăng bằng! Ví dụ 2: xà beng bẩy hòn đá 900 N. Đá cách O 0,2 m, tay cách O 1,2 m. F₁ = 900 · 0,2 : 1,2 = 150 N. Nhẹ đi 6 lần. Nhưng bù lại, tay phải đi quãng đường dài gấp sáu lần quãng đường hòn đá nhấc lên. ### 2:41 Các loại đòn bẩy Tuỳ vị trí điểm tựa, đòn bẩy chia làm hai loại. Loại 1: điểm tựa O nằm giữa hai điểm đặt lực. Như bập bênh, cái kìm, hay thìa bẩy nắp hộp sơn. Loại này lợi về lực hay không là tuỳ cánh tay đòn bên nào dài hơn. Loại 2: điểm tựa O nằm ở một đầu, cả hai lực ở cùng một phía. Tay xa O hơn vật → lợi về lực. Ví dụ: cái ép tỏi, bàn xén giấy. Tay gần O hơn vật → thiệt về lực. Ví dụ: cần gạt nước ô tô, cánh tay máy xúc. Dùng để làm gì? Để đầu kia đi được quãng đường dài và nhanh hơn. Có tài liệu gọi đây là đòn bẩy loại 3. Nên nhớ: đòn bẩy không phải lúc nào cũng lợi về lực. ### 3:29 Ứng dụng: cái kéo Giờ dùng điều vừa học để làm việc khéo hơn. Cái kéo gồm hai đòn bẩy loại 1. Điểm tựa là cái chốt ở giữa, chứ không phải mũi kéo. Khi cắt một cành cây cứng, hãy đẩy cành vào sát chốt kéo, và cầm ở cuối cán. d₂ ngắn lại, d₁ dài ra, nên cắt nhẹ hẳn. Vì thế kéo cắt tôn có cán dài, lưỡi ngắn để lợi về lực. Kéo cắt giấy lưỡi dài, cán ngắn: không cần lực lớn, mà cần mỗi nhát cắt được dài. ### 4:04 Dạng 1: Điểm tựa và loại đòn bẩy Dạng 1: xác định điểm tựa và loại đòn bẩy. Cách làm: tìm chỗ dụng cụ quay quanh → điểm tựa. O ở giữa hay ở một đầu? Tay xa hay gần O hơn vật? Bài 1. Kìm cắt dây thép, bàn xén giấy, cánh tay máy xúc. Tạm dừng video và thử làm nhé. a) Kìm quay quanh chốt → chốt là điểm tựa. Dây ở mỏ, tay ở cán: O ở giữa → loại 1. Tay cầm xa chốt hơn dây, nên được lợi về lực. b) Lưỡi dao quay quanh bản lề ở một đầu bàn → loại 2. Tay xa O hơn giấy → lợi về lực. Câu c. Nhiều bạn nghĩ máy xúc to khoẻ thế thì chắc chắn lợi về lực. Xi lanh đẩy gần khớp quay, gầu ở tận đầu cần. Lực tác dụng gần O hơn vật → loại 2, thiệt về lực. Bù lại, xi lanh chỉ nhích một đoạn ngắn mà gầu vung lên được rất cao. ### 5:14 Dạng 2: Tính lực, cánh tay đòn Dạng 2: tính lực hoặc cánh tay đòn khi đòn bẩy cân bằng. Cách làm: đo mỗi cánh tay đòn từ điểm tựa, rồi dùng F₁ · d₁ = F₂ · d₂. Bài 2. Thanh gỗ AB dài 1,25 m bẩy cối đá 800 N ở đầu A. Điểm tựa O cách A 0,25 m, tay ấn ở đầu B. a) Tay cần ấn lực bao nhiêu? b) Muốn chỉ ấn 100 N thì tay phải cách O bao xa? Tạm dừng video và thử làm nhé. a) Cánh tay đòn của vật: d₂ = OA = 0,25 m. Cánh tay đòn của tay: d₁ = OB = 1,25 − 0,25 = 1 m. Lấy cả AB làm cánh tay đòn là sai: đó là khoảng cách giữa hai lực, không tính từ O. F₁ · 1 = 800 · 0,25 → F₁ = 200 N. b) d₁ = 800 · 0,25 : 100 = 2 m. Tay phải cách O 2 m. Cánh tay đòn gấp đôi thì lực chỉ còn một nửa. ### 6:32 Dạng 3: Bập bênh thăng bằng Dạng 3: bập bênh nghiêng về bên nào, ngồi đâu cho thăng bằng? Cách làm: tính F · d mỗi bên. Tích lớn hơn thì chúc xuống; hai tích bằng nhau thì thăng bằng. Bài 3. Bập bênh trục ở giữa, mỗi bên dài 1,5 m. Minh nặng 450 N, Na nặng 300 N, hai bạn ngồi ở hai đầu. Tạm dừng video và thử làm nhé. a) Bên Minh: 450 · 1,5 = 675. Bên Na: 300 · 1,5 = 450. 675 > 450 → bên Minh chúc xuống. b) 450 · d = 450 → d = 1 m. Minh dịch vào, ngồi cách trục 1 m. c) Minh vẫn ngồi ở đầu, Na ôm thêm ba lô. Ba lô nặng bao nhiêu thì thăng bằng? Bên Na: F · 1,5 = 675 → F = 450 N. Ba lô nặng 450 − 300 = 150 N. ### 7:47 Kết bài Tóm lại. Đòn bẩy: điểm tựa O, lực tác dụng F₁, lực cản F₂. Nó có thể đổi hướng của lực. Cánh tay đòn luôn đo từ điểm tựa. Cân bằng khi F₁ · d₁ = F₂ · d₂. Lợi về lực khi d₁ > d₂. Nhưng không phải đòn bẩy nào cũng lợi về lực. Làm thêm phiếu bài tập để luyện nhé. Hẹn gặp lại!