Giải Khoa học tự nhiên 8 sách Kết nối tri thức, bài 19: Đòn bẩy và ứng dụng

Mở đầu trang 79: 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?


Trả lời:
Có cách tận dụng được trọng lượng của người để nâng được vật lên cao đó là dùng đòn bẩy.
 

Hoạt động 1 - Trang 79: Thí nghiệm
Chuẩn bị: Thanh nhựa cứng có lỗ cách đều, giá thí nghiệm, lực kế, các quả nặng có móc treo.
Tiến hành:
- Dùng lực kế tác dụng lực 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 nâng được các quả nặng để thanh cân bằng ở mỗi vị trí của lực kế.

Từ kết quả thí nghiệm, trả lời các câu hỏi sau:
1. Đòn bẩy AB có tác dụng thay đổi hướng lực tác dụng khi nâng quả nặng như thế nào?
2. Khi nào đòn bẩy cho ta lợi thế về lực?
Trả lời:
- Khi thay đổi vị trí của lực kế trên đòn bẩy AB ở đầu A và giữ nguyên vị trí vật treo ở đầu B ta thấy rằng:
+ Lực kế càng ở gần điểm tựa O thì giá trị của lực kế chỉ càng lớn.
+ Lực kế càng ra xa điểm tựa O thì giá trị của lực kế càng nhỏ.
- Từ kết quả thí nghiệm:
+ Đòn bẩy AB có tác dụng thay đổi hướng lực tác dụng khi nâng quả nặng: Lực tác dụng vào đầu A có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.
+ Đòn bẩy cho ta lợi thế về lực khi cánh tay đòn (khoảng cách từ điểm tựa O tới giá của lực) càng dài.

Câu hỏi 1 - Trang 80: Xác định điểm tựa, cánh tay đòn trong các trường hợp ở Hình 19.2.

Trả lời:
- Hình 19.2 a:


- Hình 19.2 b:


- Hình 19.3 c:


Câu hỏi 2 - Trang 80: Sử dụng đòn bẩy như Hình 19.2 có thể làm đổi hướng tác dụng lực như thế nào?

Trả lời:
- Trong hình 19.2a đòn bẩy không có tác dụng làm thay đổi hướng tác dụng lực.
- Trong hình 19.2b và 19.2 c đòn bẩy có tác dụng làm thay đổi hướng tác dụng lực:
+ Muốn nâng vật trong hình 19.2b một cách trực tiếp ta cần tác dụng lực nâng có phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên. Tuy nhiên, khi dùng đòn bẩy, đã làm thay đổi hướng tác dụng lực, lực tác dụng có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới.
+ Muốn nhổ chiếc đinh trong hình 19.2c trực tiếp ta cần tác dụng lực có phương vuông góc với tường, chiều hướng ra ngoài tường. Tuy nhiên, khi dùng đòn bẩy, đã làm thay đổi hướng tác dụng lực, lực tác dụng có phương song song với tường, chiều từ trên xuống dưới.

Hoạt động 2 - Trang 81: 1. 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?


2. Mô tả cách sử dụng đòn bẩy để tận dụng trọng lượng của người để nâng vật lên cao trong tính huống ở đầu bài học.
3. Lấy các ví dụ khác về mỗi loại đòn bẩy trong cuộc sống và phân tích tác dụng của chúng.

Trả lời:
1.
19.6 a: Đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực. Giúp di chuyển vật cần nâng nhanh chóng và dễ dàng hơn (câu được cá nhanh hơn).
19.6 b: Đòn bẩy loại 1. Cho lợi về lực (mở được nắp bia dễ dàng).
19.6 c: Đòn bẩy loại 2 không cho lợi về lực. Giúp di chuyển vật cần nâng nhanh chóng và dễ dàng hơn (gắp thức ăn dễ dàng).
19.6 d: Đòn bẩy loại 2 cho lợi về lực. Nâng được vật nặng (làm vỡ được vật cứng khi cần một lực tác dụng lớn).
19. 6 e: Đòn bẩy loại 1. Cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực theo mong muốn (làm thuyền di chuyển dễ dàng).
19.6 g: Đòn bẩy loại 1. Cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực theo mong muốn (cắt đồ vật dễ dàng).

2. Mô tả cách sử dụng đòn bẩy tận dụng trọng lực: người ấn lên đòn bẩy một lực theo phương thẳng đứng hướng xuống.
3. Ví dụ khác về đòn bẩy trong cuộc sống
Đòn bẩy loại 1: cái bập bênh, cái cân đòn, cái búa kẹp để nhổ đinh. Hiệu quả cơ học là bất kỳ, có thể ít hơn, bằng hoặc nhỏ hơn 1
Đòn bẩy loại 2 lợi về lực: xe rùa, cái kìm tách hạt, cái mở nắp chai hay bàn đạp phanh ô tô, trong đó cánh tay đòn của tải nhỏ hơn cánh tay đòn của lực đầu vào, và hiệu quả cơ học luôn lớn hơn 1.
Đòn bẩy loại 2 không lợi về lực: một cặp nhíp, cái búa, một cặp đũa hay cái gắp, cần câu cá hay xương hàm dưới của hộp sọ người. Cánh tay đòn của lực đầu vào nhỏ hơn cánh tay đòn của tải, nên hiệu quả cơ học luôn bé hơn 1

1. Bơm nước bằng tay
Câu hỏi 3 - Trang 81: 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?


Trả lời:
Đòn bẩy trong máy bơm nước bằng tay (Hình 19.7) là đòn bẩy loại 1 vì có điểm tựa nằm trong khoảng điểm đặt lực tác dụng và vật nâng. Sử dụng máy bơm nước này giúp ta lợi về lực nâng nước và thay đổi được hướng tác dụng lực theo ý con người muốn.

2. Đòn bẩy trong cơ thể người
Câu hỏi 1 - Trang 82: Dựa trên cấu tạo của cơ thể và tác dụng của đòn bẩy em hãy đưa ra tư thế ngồi để tránh mỏi cổ.
Trả lời:
Tư thế ngồi tránh mỏi cổ:
- Cổ: giữ cổ ở vị trí thẳng trục với cột sống.
- Vai: thả lỏng, đặt cẳng tay ở mặt phẳng ngang vuông góc với khuỷu tay, cổ tay thẳng trục với cẳng tay.
- Lưng: giữ thẳng, nên chọn một chiếc ghế tựa, có thể điều chỉnh chiều cao, độ nghiêng phù hợp nhằm giảm thiểu các áp lực lên cột sống.
- Chân: bàn chân nên đặt bằng phẳng trên sàn. Trong trường hợp ghế quá cao, bạn nên dùng một chiếc ghế thấp hoặc 1 hộp vuông để kê chân để chân ở vị trí thoải mái nhất. Tránh ngồi bắt chéo chân vì tư thế này sẽ gây áp lực lên vùng dưới đầu gối, dễ gây tê liệt dây thần kinh.
- Điều chỉnh khoảng cách giữa ghế và màn hình cũng như độ cao màn hình cho phù hợp, tránh tư thế cong lưng hoặc ngửa cổ để nhìn màn hình.
- Sau 1 đến 2 tiếng làm việc, bạn nên đứng lên đi lại, vận động nhẹ nhàng để các cơ được thư giãn.


Câu hỏi 5 - Trang 82: Em hãy giải thích vì sao khi cầm vật nặng, ta cần gập sát cánh tay vào bắp tay.
Trả lời:
Khi cầm vật nặng ta cần gập sát cánh tay và bắp tay để giá của lực F1 theo phương vuông góc giúp giảm độ lơn của lực tác dụng

Hoạt động 3 - Trang 83: 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).

Trả lời:

- Các bộ phận xe đạp dựa trên nguyên đòn bẩy là:
+ Bộ phận gồm: Bàn đạp (pê-đan) (1), đùi, trục giữa (2), đĩa (3), xích (4), líp (5).
Bàn đạp là điểm lực tác dụng
Trục giữa là điểm tựa
Xích đĩa líp là điểm đặt vật nâng (kéo bánh xe sau chuyển động)
+ Bộ phận: chân chống xe


Trong đó: O là điểm tựa; O1 là điểm tác dụng lực; O2 là điểm đặt vật.
+ Bộ phận: đòn bẩy tay phanh


Trong đó: O là điểm tựa; O1 là điểm tác dụng lực; O2 là điểm đặt vật.
- Lực khi dùng chân tác dụng lên pê – đan xe đạp có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống và có tác dụng làm trục giữa A quay, khi đó tạo ra lực kéo giữa các điểm tiếp xúc giữa mắt xích và răng của vành đĩa, làm cho trục bánh sau B quay tạo ra lực kéo làm cả xe chuyển động.


Em có thể 1 - Trang 83: Chỉ ra được các loại đòn bẩy và lợi ích của nó trong thực tiễn.
Trả lời:
- Đòn bẩy loại 1 có điểm tựa nằm trong khoảng điểm đặt lực tác dụng và điểm đặt vật. Loại này có lợi ích cho lợi về lực và thay đổi hướng tác dụng lực theo mong muốn.


- Đòn bẩy loại 2 có điểm tựa nằm ngoài khoảng điểm đặt lực tác dụng và điểm đặt vật (lực tác dụng lên đòn bẩy xa điểm tựa). Loại này cho lợi về lực giúp nâng được vật nặng nhưng di chuyển vật chậm.


- Đòn bẩy loại 2 có điểm tựa nằm ngoài khoảng điểm đặt lực tác dụng và điểm đặt vật (lực tác dụng lên đòn bẩy gần điểm tựa). Loại này không cho lợi về lực nhưng giúp di chuyển vật cần nâng nhanh chóng và dễ dàng.


Em có thể 2 - Trang 83: Lựa chọn được loại đòn bẩy phù hợp để sử dụng trong một số trường hợp đơn giản trong đời sống.
Trả lời:
- Sử dụng đòn bẩy loại 2 như đôi đũa để lấy thức ăn được dễ dàng.
- Sử dụng đòn bẩy loại 1 như cái mở nắp hộp, cái kéo.

Em có thể 3 - Trang 83: Vận dụng được kiến thức về đòn bẩy để có các thao tác vận động đúng trong sinh hoạt hằng ngày.
Trả lời:
- Nên ngồi thẳng người, đi đứng thẳng xương sống để tránh mỏi cổ.
- Khi cầm vật nặng nên đưa tay gập sát cánh tay vào bắp tay.