Máy cơ đơn giản là gì? Tác dụng, tính chất của máy cơ đơn giản?

1. Máy cơ đơn giản là gì?

Máy cơ học đơn giản là một loại thiết bị cơ khí được sử dụng để thay đổi hướng hoặc độ lớn của một lực. Đây là mô hình đơn giản nhất sử dụng các lợi thế của cơ học để tăng độ lớn của lực sinh ra và giảm độ lớn của lực tác dụng.

Máy đơn giản thường được sử dụng khi cần di chuyển hoặc nâng vật nặng. Khi kéo một vật theo phương thẳng đứng lên trên thì phải tác dụng một lực có độ lớn ít nhất bằng trọng lượng của vật. Nếu kéo thẳng vật lên theo phương thẳng đứng sẽ gặp một số khó khăn như:

Cần lực lớn (ít nhất bằng trọng lượng của vật)

Không tận dụng được trọng lượng cơ thể

Tư thế không thuận lợi, dễ ngã

Nếu vật quá nặng phải tập hợp nhiều người để vận chuyển vật

Tại thời điểm này, cỗ máy đơn giản sẽ phát huy tác dụng. Nói cách khác, máy cơ đơn giản sẽ giúp con người tiết kiệm sức lực khi làm việc.

Ý tưởng về những cỗ máy đơn giản bắt nguồn từ nhà triết học Hy Lạp cổ đại Archimedes vào khoảng thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Ông đã phát minh ra ba cỗ máy đơn giản đầu tiên: ròng rọc, đòn bẩy và con vít. Ông cũng nổi tiếng với câu nói: “Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi có thể nhấc bổng Trái Đất lên!”.

2. Các loại máy cơ đơn giản thường gặp: 

2.1. Đòn bẩy: 

Chắc hẳn chúng ta đã từng một lần nghe qua tên gọi của “đòn bẩy” bởi đây là máy cơ đơn giản có nhiều ứng dụng nhất trong đời sống thực tế của chúng ta. 

Tất cả các đòn bẩy đều có một điểm xác định gọi là điểm tựa (ví dụ điểm 0). Cần gạt sẽ quay quanh điểm tựa 0.

Một đầu gồm trọng lượng của vật cần nâng F1, tác dụng lên một điểm của đòn bẩy. Một đầu là lực nâng F2, tác dụng lên một điểm khác của đòn bẩy.

Vì vậy, đòn bẩy có 3 phần chính:

Thứ nhất, trục kéo

Thứ hai, trục đẩy

Thứ ba, điểm tựa

Đòn bẩy giúp bạn nâng một vật nặng mà không tốn nhiều sức lực. Chỉ cần tăng khoảng cách của một đầu so với điểm tựa, lực dùng để nâng đầu kia sẽ ít đi.

Một ví dụ điển hình mà chúng ta thường gặp khi còn nhỏ là trò chơi bập bênh (có cơ cấu đòn bẩy). Một người ngồi là lực kéo, người kia ngồi là lực đẩy. Khi hai lực của hai đầu bập bênh cân bằng nhau thì bập bênh luôn cân bằng.

2.2. Ròng rọc: 

Ròng rọc là một loại máy cơ đơn giản dùng để nâng hạ vật dễ dàng hơn. Ròng rọc bao gồm xi lanh kim loại, giá đỡ, ròng rọc và dây kéo. Mỗi ròng rọc đều có: 

– Điểm tựa là O

– Điểm tác dụng của lực F1 là O1.

– Điểm tác dụng của lực F2 (lực nâng) là O2

Khi OO2 > OO1 thì F2 < F1. Nói cách khác, khi dùng đòn bẩy để nâng một vật, nếu khoảng cách từ điểm tựa đến điểm tác dụng của lực nâng lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa đến điểm tác dụng của trọng lượng vật thì lực tác dụng nhỏ hơn trọng lượng của vật. 

Ròng rọc có hai loại chính là ròng rọc cố định và ròng rọc động.

Ròng rọc cố định được cấu tạo bởi một bánh xe có rãnh để luồn dây qua. Trục của bánh xe được cố định (có móc vào xà), khi kéo dây bánh xe quay quanh trục cố định. Ròng rọc cố định không làm thay đổi độ lớn của lực kéo nhưng mang lại lợi ích về chiều. Khi dùng ròng rọc cố định ta có thể nâng vật lên dễ dàng dù vật đó ở vị trí cũ so với vật ban đầu. Cường độ lực trong trường hợp này F = P.

Ròng rọc động cũng được cấu tạo bởi một bánh xe có rãnh để luồn dây qua nhưng trục của bánh xe không cố định; Bánh xe có móc để treo vật nên khi kéo dây bánh xe sẽ quay chuyển động lên cùng vật. Khác với ròng rọc cố định, ròng rọc động không đổi hướng nhưng có thể mang lại cho ta lợi thế gấp đôi về lực. Nghĩa là, trong trường hợp này, độ lớn của lực F = 1/2 P.

Ứng dụng của ròng rọc trong thực tế: Thang máy di chuyển lên xuống nhờ hoạt động của ròng rọc bên trong, dùng ròng rọc để nâng vật liệu xây dựng, dùng ròng rọc để lấy nước từ giếng.

2.3. Mặt phẳng nghiêng: 

Mặt phẳng nghiêng là một trong ba loại máy cơ nói trên. Như tên gọi, mặt phẳng nghiêng bao gồm một mặt phẳng có điểm đầu và điểm cuối ở các độ cao khác nhau.

Mặt phẳng nghiêng giúp con người có lợi về lực

Mặt phẳng nghiêng càng nhỏ thì lực tác dụng lên vật để kéo vật lên dọc theo mặt phẳng nghiêng càng nhỏ.

Mặt phẳng nghiêng được bố trí liền kề với xe tải giúp vận chuyển đồ lên xe

3. Tác dụng của máy cơ đơn giản: 

Tác dụng của máy đơn giản. Giúp mọi người di chuyển hoặc nâng vật nặng dễ dàng hơn.

– Mặt phẳng nghiêng: Ván dày bị nghiêng so với phương nằm ngang, nghiêng…

– Đòn bẩy: Búa nhổ đinh, kéo cắt giấy,

Ròng rọc: Máy kéo công trường, ròng rọc kéo gầu giếng,.

Nếu kéo một vật theo phương thẳng đứng thì cần ít nhất một lực bằng trọng lượng của vật. Chúng ta sẽ gặp nhiều rắc rối với việc này. Đối với những thứ quá nặng, chúng ta sẽ cần đến sức lực của nhiều người. Tư thế kéo không đúng cũng có thể dẫn đến ngã, gây chấn thương.

Đó cũng là lý do máy móc đơn giản được phát minh và đưa vào ứng dụng. Những chiếc máy này sẽ giúp con người giảm bớt trọng lượng của đồ vật khi nâng hạ đồ vật. Hơn nữa, cách sử dụng máy đơn giản còn đảm bảo an toàn cho người kéo vật.

4. Ứng dụng máy cơ đơn giản: 

4.1. Đòn bẩy: 

Khi đi bộ đường dài, một người phải mang một chiếc túi rất nặng. Nếu người đó treo bao vào một đầu gậy thì đặt gậy lên vai (điểm tiếp xúc giữa vai và gậy là điểm tựa), dùng tay giữ một đầu gậy trước mặt. tay, mức độ mất mát sẽ được giảm bớt. trọng lượng của túi

Một chiếc đinh dù được gắn chặt vào gỗ, nhưng nếu bạn dùng búa để rút chiếc đinh ra, bạn có thể rút nó ra.

Dùng xà beng xúc đất

4.2. Sử dụng ròng rọc: 

Thang máy di chuyển lên xuống nhờ cơ cấu hoạt động của puly bên trong

Dùng ròng rọc để kéo cờ, hạ cờ

Lưới giúp nâng vật liệu xây dựng

Ròng rọc đơn giản cũng được sử dụng trong rèm cửa

4.3. Mặt phẳng nghiêng:

Đặt ván chuyển xe lên tận nhà

Cầu trượt là một mặt phẳng nghiêng

Đường dốc dễ lên cũng là mặt phẳng nghiêng

Dựa thang vào tường ở độ nghiêng để việc leo trèo bớt nguy hiểm hơn

5. Bài tập vận dụng: 

Bài 1 – C4 sgk tr.43: Chọn từ thích hợp trong dấu ngoặc để điền vào ô trống trong các câu dưới đây 

a, Máy cơ đơn giản là những dụng cụ giúp công việc…………hơn. (dễ dàng/nhanh) 

b, Mặt phẳng nghiêng, đòn bẩy, ròng rọc là………… (pa lăng/ máy cơ đơn giản) 

Đáp án: a. dễ dàng; b. máy cơ đơn giản 

Bài 2 – C5 sgk tr.43: Nếu khối lượng của ống bêtông là 200kg và lực kéo mỗi người trong hình là 400N thì những người này có kéo được ống bêtông lên không? Vì sao? 

Đáp án: Trọng lượng của ống bê tông là P = 10.m = 10.200 = 2000 (N) 

Tổng lực kéo của 4 người: F = 4.400 = 1600 N 

Do F< P nên 4 người này không thể kéo ống bê tông lên được 

Bài 3 – C6 sgk tr.43: Tìm những thí dụ sử dụng máy cơ đơn giản trong cuộc sống: 

Đáp án: Trường hợp sử dụng máy cơ đơn giản trong cuộc sống là: Đầu chiếc búa dùng để nhổ đinh (ứng dụng của đòn bẩy), ròng rọc kéo vật liệu xây dựng lên cao, tấm ván kê bậc cầu thang để dắt xe lên…

Bài 4: Để kéo trực tiếp một thùng nước có khối lượng 20kg từ dưới giếng lên, người ta phải dùng lực nào trong các lực sau đây: 

A. F < 20 N 

B. F = 20 N 

C. 20 N < F < 200 N 

D. F = 200 N 

Đáp án: D (Do tính P của thường nước = 10.20 = 200 N) 

Bài 5: Người ta thường dùng máy cơ đơn giản nào để làm các việc sau đây: 

a, Đưa thùng hàng lên ô tô tải 

b, Đưa xô vữa lên cao 

c, Kéo thùng nước từ dưới giếng lên 

Đáp án: 

a, Mặt phẳng nghiêng

b, Ròng rọc 

c, Ròng rọc 

Bài 6: Câu nào sai trong các câu sau. 

Trường hợp nào sau đây có thể dùng máy cơ đơn giản 

A.  Đưa xe máy lên xe tải 

B. Dắt xe máy từ đường vào nhà cao hơn mặt đường 

C. Kéo xe máy ra khỏi hố sâu 

D. Không trường hợp nào kể trên 

Đáp án: D 

Bài 7: Dùng một mặt phẳng nghiêng để đưa một vật nặng lên cao, có thể 

A. Làm thay đổi phương của trọng lực tác động lên vật 

B. Làm giảm trọng lượng của vật

C. Kéo vật lên với lực kéo nhỏ hơn trọng lượng của vật 

D. Kéo vật lên với lực kéo lớn hơn trọng lượng của vật 

Đáp án: C