Lý lịch

Máy cơ đơn giản rất quan trọng trong cuộc sống hàng ngày và có thể được nhìn thấy ở nhà, trường học hoặc trên sân chơi. Máy cơ đơn giản là những công cụ có khả năng thay đổi độ lớn và/hoặc hướng của lực để làm cho công việc trở nên dễ dàng hơn. Bằng cách sử dụng những máy móc đơn giản, người bình thường có thể nâng những tảng đá lớn, di chuyển các khối đá trên quãng đường dài và thậm chí xây dựng kim tự tháp.

Trong đơn vị này, học sinh sẽ được giới thiệu về các khái niệm vật lý về lực và công, cũng như bốn loại máy cơ đơn giản: mặt phẳng nghiêng, bánh xe và trục, đòn bẩy và bánh răng. Học sinh sẽ có thể tìm hiểu cách áp dụng lực để làm cho công việc dễ dàng hơn với 4 mô hình có các máy móc đơn giản sau: Mặt phẳng nghiêng, Đòn bẩy cân bằng, Xe lò xo và Đồng hồ. Học sinh cũng sẽ hiểu sâu hơn về các công cụ đã được sử dụng từ thời cổ đại và vẫn còn được sử dụng cho đến ngày nay.

Máy cơ đơn giản là gì?

Máy cơ đơn giản là một công cụ có khả năng thay đổi độ lớn và hướng của lực để di chuyển một vật. Máy cơ đơn giản là thiết bị có ít hoặc không có bộ phận chuyển động giúp công việc trở nên dễ dàng hơn. Máy móc đơn giản đã xuất hiện từ hàng ngàn năm trước và vẫn còn hữu ích. Trong đơn vị này, học sinh sẽ được giới thiệu về bốn loại máy cơ đơn giản: mặt phẳng nghiêng, bánh xe và trục, đòn bẩyvà bánh răng.

Lực là gì?

Lực là tác động đẩy hoặc kéo của một vật. Khi tác dụng lực vào một vật, và lực đó không có lực cản, nó sẽ làm thay đổi tốc độ hoặc hướng của vật. Lực được sử dụng để di chuyển mọi vật xung quanh chúng ta. Trong bài học này, chúng ta sẽ làm việc với nhiều dạng lực khác nhau, bao gồm lực tác dụng, lực cân bằng và lực không cân bằng.

Lực tác dụng

Lực tác dụng là lực tác dụng vào một vật. Nếu bạn đẩy ghế qua phòng, bạn sẽ tác dụng lực vào ghế.

Có lực cân bằng và lực không cân bằng. Các lực cân bằng nhưng ngược chiều được gọi là các lực cân bằng. Hai lực cân bằng không làm vật chuyển động.

Lực cân bằng và lực không cân bằng

Các lực cân bằng nhưng ngược chiều được gọi là các lực cân bằng. Hai lực cân bằng không làm vật chuyển động. Một ví dụ về lực cân bằng là hai nhóm người chơi kéo co với lực bằng nhau. Điều này sẽ khiến sợi dây giữ nguyên vị trí vì lực tác dụng lên cả hai bên là tương đương.

Tuy nhiên, các lực không cân bằng sẽ khiến một hoặc nhiều vật chuyển động. Giả sử một trong hai đội trong trò kéo co kéo mạnh hơn đội kia, lực kéo sẽ không còn cân bằng nữa. Một đội có thể kéo đội kia theo hướng có lực lớn hơn.

Các lực không cân bằng gây ra sự thay đổi chuyển động của vật chịu tác dụng của lực. Các máy cơ đơn giản như máy phẳng nghiêng sử dụng lực không cân bằng để làm cho công việc dễ dàng hơn. Ví dụ, các vật thể được biết là có thể tăng tốc xuống mặt phẳng nghiêng do mất cân bằng lực hấp dẫn.

Lực hấp dẫn

Lực hấp dẫn là lực mà Trái Đất, Mặt Trăng hoặc các vật thể lớn khác dùng để thu hút các vật thể khác về phía mình. Theo định nghĩa, đây là trọng lượng của vật thể. Mọi vật thể trên Trái Đất đều chịu tác động của lực hấp dẫn hướng "xuống dưới" về phía tâm Trái Đất.

Công việc là gì?

Trong khoa học, việc sử dụng lực để di chuyển một vật từ một điểm bắt đầu cố định. Máy móc đơn giản giúp công việc (di chuyển vật thể) trở nên dễ dàng hơn.

Định nghĩa khoa học về công là lượng lực tác dụng lên một vật nhân với khoảng cách vật đó di chuyển. Vì vậy, công bao gồm lực và quãng đường. Mỗi công việc cần một lượng công việc cụ thể để hoàn thành và con số này không thay đổi. Vì vậy, lực nhân với khoảng cách luôn bằng cùng một lượng công. Điều này có nghĩa là nếu bạn di chuyển một vật đi một khoảng cách nhỏ hơn, bạn cần phải dùng một lực lớn hơn. Mặt khác, nếu bạn muốn dùng ít lực hơn, bạn cần phải di chuyển nó đi một khoảng cách lớn hơn. Đây là sự đánh đổi giữa lực và khoảng cách.

Lợi thế cơ học là gì?

Lợi thế cơ học là khi bạn cần ít lực hơn để thực hiện cùng một lượng công vì sử dụng một máy cơ đơn giản để tăng và thay đổi hướng của lực tác dụng. Ưu điểm cơ học có thể được điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu cụ thể. Hai loại lợi thế cơ học là tốc độ và mô-men xoắn.

Mô-men xoắn là gì?

Mô-men xoắn là một lợi thế cơ học giúp cho công suất của bánh răng hoặc máy móc dẫn động mạnh hơn. Mô-men xoắn được tạo ra nếu có một lực được sử dụng để bắt đầu hoặc dừng một vật thể quay, như khi bánh răng quay và khi đòn bẩy quay một phần. Hãy xem hình ảnh động bên dưới để thấy bánh răng nhỏ hơn truyền động bánh răng lớn hơn để tạo ra mô-men xoắn lớn hơn.

Tốc độ là gì?

Tốc độ là khoảng cách mà vật thể di chuyển theo thời gian và là một lợi thế cơ học giúp cho công suất của bánh răng hoặc máy móc được truyền động nhanh hơn. Đối với bánh răng, tốc độ tỉ lệ nghịch với mô-men xoắn. Nếu muốn đạt được tốc độ đầu ra thì phải giảm mô-men xoắn. Ngược lại cũng đúng, nếu muốn có mô-men xoắn hoặc công suất lớn hơn thì tốc độ sẽ giảm. Hãy xem hình ảnh động bên dưới để thấy bánh răng lớn hơn truyền động bánh răng nhỏ hơn để đạt tốc độ cao hơn.