Các loại máy cơ đơn giản và công dụng

Ibaitap: Qua bài Định luật về Công và Tác dụng của các máy cơ đơn giản & bài tập tham khảo ôn tập lại nội dung định luật về công, một số loại máy cơ đơn giản có tác dụng gì và một số bài tập tham khảo.

Định luật về công được phát biểu như sau: “Không một máy cơ đơn giản nào cho lợi về công, lợi bao nhiêu lần về lực sẽ thiệt bấy nhiêu lần về đường đi và ngược lại.”

II. CÁC LOẠI MÁY CƠ ĐƠN GIẢN THƯỜNG GẶP

1. Ròng rọc cố định

Đối với ròng rọc cố định, lực kéo F bỏ ra chính bằng lực P của vật, nên ròng rọc cố định chỉ có tác dụng đổi hướng của lực, không có tác dụng thay đổi độ lớn của vật.

Ta có: F = P

2. Ròng rọc động

Nếu sử dụng dòng dọc động, ta sẽ được lợi 2 lần về lực F kéo nhưng sẽ bị thiệt 2 lần về đường đi và ngoài ra sẽ không thể đổi chiều kéo vật.

Ta có: \(F = \frac{P}{2}\)

3. Đòn bẩy

Khi dùng đòn bẩy để nâng vật nếu \(l_1 < l_2\) thì \(P > F\) hay nếu \(l_1 > l_2\) thì \(P < F\) (trong đó nếu \(l_1, l_2\) lần lượt là khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của các lực \(P,\ F\).

Vậy nên khi dùng đòn bẩy nếu lợi về lực sẽ thiệt về đường đi và ngược lại nếu lợi về đường đi sẽ thiệt về lực, tùy thuộc vào nhu cầu cần sử dụng.

Ta có: \(\frac{P}{F} = \frac{l_2}{l_1} \)

4. Mặt phẳng nghiêng

Khi sử dụng mặt phẳng nghiêng có thể kéo hoặc đẩy vật lên với lực nhỏ hơn so với trọng lượng của vật nên theo định luật về công sẽ thiệt hơn về đường đi, với mặt phẳng nghiêng càng ít thì lực cần để kéo vật trên mặt phẳng đó càng nhỏ.

Ta có: \(\frac{P}{F} = \frac{l}{h} \)

III. BÀI TẬP THAM KHẢO

Ví dụ: Để đưa vật có trọng lượng P = 500N lên cao bằng ròng rọc động phải kéo dây đi một đoạn 8 m, hãy tìm lực kéo, độ cao đưa vật lên là bao nhiêu?

Lời giải tham khảo:

Khi sử dụng ròng rọc động kéo vật lên thì sẽ được lợi 2 lần về lực và thiệt hai lần về đường đi.

Ta có lực kéo của vật là: 

\(F = \frac{P}{2} = \frac{500}{2}\) = 250 (N).

Gọi h là độ cao đưa vật, s là độ dài kéo dây nên s = 8m.

Ta có s = 2. h nên ta có độ cao nâng vật lên là h = 8 : 2 = 4 (m).

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit.Morbi adipiscing gravdio, sit amet suscipit risus ultrices eu.Fusce viverra neque at purus laoreet consequa.Vivamus vulputate posuere nisl quis consequat.

Create an account

Máy cơ đơn giản (hay máy đơn giản) là một loai thiết bị cơ học dùng để thay đổi hướng hoặc độ lớn của lực.[2] Nó là những mô hình đơn giản nhất để sử dụng những lợi thế của cơ học để tăng độ lớn của lực sản sinh ra và giảm độ lớn của lực tác dụng lên.[3] Có 6 máy đơn giản được đề cập đến trong thời kỳ Phục Hưng:[4]

  • Bánh xe & trục
  • Đinh, ốc
  • Đòn bẩy
  • Mặt phẳng nghiêng
  • Nêm
  • Ròng rọc

Bảng ghi chép các máy cơ đơn giản nằm trong Chambers' Cyclopædia, năm 1728.[1] Các máy cơ đơn giản còn là bộ phận của các thiết bị phức tạp hơn

Mỗi máy cơ đơn giản chỉ cần một lực tác dụng duy nhất để sinh ra một lực mới. Trong điều kiện lý tưởng không có ma sát thì lực sinh ra bằng hoặc tỉ lệ với lực tác dụng lên máy đơn giản đó. Nếu lực sinh ra lớn hơn lực tác động thì quãng đường vật di chuyển sẽ nhỏ hơn quãng đường lực di chuyển theo tỉ lệ nghịch, từ đó phát minh ra 'công cơ học', rồi phát minh ra 'Định luật bảo toàn công cơ học'.[3][5][6][7]

Các ý tưởng về máy đơn giản bắt nguồn từ nhà triết học Hy Lạp cổ đại Archimedes vào khoảng thế kỉ 3 TCN, ông đã phát minh ra ba loại máy đơn giản đầu tiên là: ròng rọc, đòn bẩy và đinh ốc.[3][8] Do phát minh ra đòn bẩy, ông cũng đã có một câu nói rất nổi tiếng: "Hãy cho tôi một điểm tựa, tôi có thể sẽ nhấc bổng Trái Đất này lên!".[9]

"Khi ta thực hiện công trực tiếp vào một vật thì công đó luôn không đổi khi sử dụng bất kỳ một máy cơ đơn giản nào. Công thực hiện phụ thuộc vào hai yếu tố là lực tác dụng và quãng đường lực đi theo tỉ lệ thuận". Trên thực tế công thực hiện khi sử dụng máy cơ đơn giản sẽ lớn hơn công thực hiện trực tiếp do phải thực hiện thêm công để thắng ma sát.

Một máy đơn giản sử dụng một lực tác dụng để chống lại một lực tải.

Nếu bỏ qua ma sát thì công do lực này sinh ra trên vật đúng bằng công của tải. Hệ thức này như sau:[10][11]

F P = h l {\displaystyle {\frac {F}{P}}={\frac {h}{l}}}  

Trong đó:

  • F là lực tác dụng vào vật (tính theo N).
  • h là chiều cao của máy cơ đơn giản (tính theo m).
  • P là trọng lượng của vật (tính theo N).
  • l là chiều dài máy cơ đơn giản (tính theo m).

Tỉ số giữa lực tải (lực cần tác dụng lên vật, còn gọi là công toàn phần) và lực do con người sinh ra (công có ích) được gọi là hiệu suất cơ học (mechanical advantage):[12]

H = A i A t p × 100 % {\displaystyle H={\frac {\mathit {A_{i}}}{\mathit {A_{t}p}}}\times 100\%}  

Trong đó:

  • H là hiệu suất của máy cơ đơn giản (tính theo % hoặc không theo %).
  • Ai là công có ích (Ai = P.h, tính theo J).
  • Atp là công toàn phần (Atp = F.l, tính theo J).

  1. ^ Chambers, Ephraim (1728), “Table of Mechanicks”, Cyclopædia, A Useful Dictionary of Arts and Sciences, London, England, 2, tr. 528, Plate 11.
  2. ^ Paul, Akshoy; Roy, Pijush; Mukherjee, Sanchayan (2005), Mechanical sciences: engineering mechanics and strength of materials, Prentice Hall of India, tr. 215, ISBN 978-81-203-2611-8.
  3. ^ a b c Asimov, Isaac (1988), Understanding Physics, New York: Barnes & Noble, tr. 88, ISBN 978-0-88029-251-1.
  4. ^ Anderson, William Ballantyne (1914). Physics for Technical Students: Mechanics and Heat. New York: McGraw Hill. tr. 112–22. Truy cập ngày 11 tháng 5 năm 2008.
  5. ^ Compound machines, University of Virginia Physics Department, truy cập ngày 11 tháng 6 năm 2010.
  6. ^ Usher, Abbott Payson (1988). A History of Mechanical Inventions. US: Courier Dover Publications. tr. 98. ISBN 978-0-486-25593-4.
  7. ^ Wallenstein, Andrew (tháng 6 năm 2002). Foundations of cognitive support: Toward abstract patterns of usefulness. Springer. tr. 136. Truy cập ngày 21 tháng 5 năm 2008. Đã bỏ qua tham số không rõ |booktitle= (trợ giúp)
  8. ^ Chiu, Y.C. (2010), An introduction to the History of Project Management, Delft: Eburon Academic Publishers, tr. 42, ISBN 978-90-5972-437-2
  9. ^ Câu nói bởi Pappus of Alexandria trong Synagoge, quyển VIII
  10. ^ Rao, S.; Durgaiah, R. (2005). Engineering Mechanics. Universities Press. tr. 80. ISBN 978-81-7371-543-3.
  11. ^ Goyal, M.C.; Raghuvanshee, G.S. (2011). Engineering Mechanics. PHI Learning. tr. 212. ISBN 978-81-203-4327-6.
  12. ^ Avison, John (2014). The World of Physics. Nelson Thornes. tr. 110. ISBN 978-0-17-438733-6.

Lấy từ “https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Máy_cơ_đơn_giản&oldid=67496542”