Chào các em học sinh yêu quý của cô! Cô là giáo viên Hóa học, nhưng hôm nay cô rất vui được cùng các em ôn lại một chút kiến thức Vật lí thú vị về đòn bẩy nhé, vì Vật lí và Hóa học tuy khác nhau nhưng đều giúp chúng ta hiểu hơn về thế giới xung quanh!

Chúng ta cùng nhau phân tích câu hỏi về đòn bẩy này để hiểu rõ bản chất của nó nhé.

—

Lời giải chi tiết:

Để giải bài tập này, chúng ta cần nhớ lại nguyên tắc hoạt động của đòn bẩy và điều kiện để có lợi về lực.

Bước 1: Nhắc lại cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của đòn bẩy.

Một đòn bẩy cơ bản gồm:

• Điểm tựa (ký hiệu là O): Là điểm cố định mà đòn bẩy quay quanh đó.
• Lực tác dụng (lực mà chúng ta dùng để nâng vật, ký hiệu là \(F_1\)): Là lực đặt vào một đầu của đòn bẩy.
• Cánh tay đòn của lực tác dụng (ký hiệu là \(d_1\), hay trong bài này là OO1): Là khoảng cách từ điểm tựa O đến điểm đặt của lực \(F_1\).
• Lực cản (lực của vật mà chúng ta muốn nâng hoặc khắc phục, ký hiệu là \(F_2\)): Là lực do vật gây ra.
• Cánh tay đòn của lực cản (ký hiệu là \(d_2\), hay trong bài này là OO2): Là khoảng cách từ điểm tựa O đến điểm đặt của lực \(F_2\).

Nguyên tắc hoạt động của đòn bẩy là dựa trên quy tắc momen lực. Khi đòn bẩy cân bằng hoặc hoạt động ổn định, momen lực do lực tác dụng gây ra phải cân bằng với momen lực do lực cản gây ra. Công thức biểu thị nguyên tắc này là:

\[F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2\]

Trong đó:

• \(F_1\) là lực tác dụng.
• \(d_1\) là cánh tay đòn của lực tác dụng (chính là OO1).
• \(F_2\) là lực cản.
• \(d_2\) là cánh tay đòn của lực cản (chính là OO2).

(Giải thích: Công thức này cho thấy rằng lực và cánh tay đòn của nó có mối quan hệ tỉ lệ nghịch. Nếu một bên có lực lớn thì cánh tay đòn của nó phải nhỏ, và ngược lại, để momen lực cân bằng.)

Bước 2: Phân tích điều kiện “được lợi về lực”.

Chúng ta nói đòn bẩy “được lợi về lực” khi chúng ta chỉ cần tác dụng một lực nhỏ (\(F_1\)) để nâng hoặc khắc phục một lực cản lớn (\(F_2\)). Hay nói cách khác, điều kiện để được lợi về lực là:

\[F_1 < F_2\]

(Giải thích: “Lợi về lực” có nghĩa là chúng ta bỏ ra ít sức hơn nhưng lại nâng được vật nặng hơn, giúp công việc trở nên dễ dàng hơn.)

Bước 3: Áp dụng điều kiện “lợi về lực” vào công thức đòn bẩy.

Từ công thức nguyên tắc đòn bẩy: \(F_1 \cdot OO1 = F_2 \cdot OO2\)

Nếu đòn bẩy được lợi về lực, tức là \(F_1 < F_2\).

Để đẳng thức \(F_1 \cdot OO1 = F_2 \cdot OO2\) vẫn đúng khi \(F_1\) nhỏ hơn \(F_2\), thì OO1 (cánh tay đòn của lực tác dụng) phải lớn hơn OO2 (cánh tay đòn của lực cản).

Hay nói cách khác, từ \(F_1 = \frac{F_2 \cdot OO2}{OO1}\). Để \(F_1 < F_2\), ta cần \(\frac{OO2}{OO1} < 1\), điều này chỉ xảy ra khi \(OO1 > OO2\).

Vậy, điều kiện để đòn bẩy được lợi về lực là:

\[OO1 > OO2\]

(Giải thích: Để dùng một lực nhỏ mà vẫn tạo ra momen cân bằng với momen của lực lớn, chúng ta phải tăng khoảng cách từ điểm tựa đến điểm đặt lực của mình. Giống như khi bạn mở nắp chai, bạn thường cầm ở xa bản lề để dễ dàng mở hơn vậy.)

Bước 4: So sánh với các phương án đã cho.

Dựa trên kết quả phân tích ở Bước 3, chúng ta thấy rằng điều kiện để được lợi về lực là \(OO1 > OO2\).

• A. Khoảng cách \(001=002\): Đòn bẩy không lợi cũng không thiệt về lực (lực tác dụng bằng lực cản).
• B. Khoảng cách \(\mathrm{OO} 1>002\): Đòn bẩy được lợi về lực.
• C. Khoảng cách \(001<002\): Đòn bẩy bị thiệt về lực (tức là lợi về đường đi).
• D. Tất cả đều sai.

Như vậy, đáp án đúng là B.

Đáp án: B

—

Các em nhớ nhé, trong cuộc sống hằng ngày có rất nhiều ví dụ về đòn bẩy được lợi về lực, ví dụ như búa nhổ đinh, kìm cắt, xe cút kít,… Việc hiểu rõ nguyên tắc này giúp chúng ta sử dụng các dụng cụ một cách hiệu quả hơn. Tuy nhiên, điều này cũng có một sự đánh đổi, đó là “lợi về lực thì thiệt về đường đi”. Tức là khi bạn nâng vật nhẹ nhàng hơn, thì quãng đường mà lực tác dụng di chuyển sẽ dài hơn quãng đường vật được nâng di chuyển đấy!