Máy Tính Điểm Tựa Đòn Bẩy là gì?
Điểm tựa là điểm xoay cố định mà đòn bẩy quay quanh nó. Máy Tính Điểm Tựa Đòn Bẩy vận dụng định luật đòn bẩy: đòn bẩy ở trạng thái cân bằng khi tác dụng làm quay (mô-men lực) ở một bên bằng mô-men lực ở bên còn lại. Mỗi mô-men lực đơn giản là lực nhân với khoảng cách của nó tới điểm tựa, từ đó ta có phương trình kinh điển \(\text{F1} \times \text{d1} = \text{F2} \times \text{d2}\). Đây là một nguyên lý vật lý phổ quát, áp dụng được ở mọi nơi — từ bập bênh, xà beng, xe cút kít, cân đòn cho đến thiết kế máy móc.
Cách sử dụng
Hãy chọn đại lượng bạn muốn tìm (F1, d1, F2 hay d2). Nhập ba giá trị đã biết và để trống đại lượng chưa biết. Máy tính sẽ biến đổi phương trình đòn bẩy và trả về đại lượng còn thiếu, kèm theo toàn bộ bộ lực và khoảng cách ở trạng thái cân bằng cùng mô-men lực tương ứng.
Giải thích công thức
Điều kiện cân bằng là \(\text{F1} \times \text{d1} = \text{F2} \times \text{d2}\). Biến đổi phương trình này ta được bốn cách giải có thể:
$$\text{F2} = \frac{\text{F1} \times \text{d1}}{\text{d2}}, \quad \text{d2} = \frac{\text{F1} \times \text{d1}}{\text{F2}}, \quad \text{F1} = \frac{\text{F2} \times \text{d2}}{\text{d1}}, \quad \text{d1} = \frac{\text{F2} \times \text{d2}}{\text{F1}}$$— trên thực tế, mỗi ẩn số được tìm ra bằng cách tách riêng nó ra. Lực có thể dùng bất kỳ đơn vị nào miễn là nhất quán (N, kg-lực, lb) và khoảng cách cũng dùng bất kỳ đơn vị độ dài nào miễn là thống nhất, bởi vì đơn vị sẽ triệt tiêu ở cả hai vế.
Ví dụ minh họa
Giả sử một em bé tạo ra lực 10 (đơn vị) ngồi cách điểm tựa 2 m (\(\text{F1} = 10\), \(\text{d1} = 2\)). Một em bé khác ngồi cách điểm tựa 4 m. Cần lực bằng bao nhiêu để cân bằng chiếc bập bênh? $$\text{F2} = \frac{10 \times 2}{4} = \frac{20}{4} = \mathbf{5}$$ Một lực nhỏ hơn vẫn cân bằng được vì nó ngồi xa điểm tựa hơn.
Câu hỏi thường gặp
Tôi nên dùng đơn vị nào? Đơn vị nào cũng được, miễn là cả hai lực dùng chung một đơn vị và cả hai khoảng cách dùng chung một đơn vị; chúng sẽ triệt tiêu lẫn nhau.
Đo khoảng cách từ đâu? Luôn đo khoảng cách vuông góc từ điểm tựa (điểm xoay) đến điểm mà mỗi lực tác dụng.
Giá trị mô-men lực có ý nghĩa gì? Mô-men lực bằng lực \(\times\) khoảng cách — chính là tác dụng làm quay. Trên một đòn bẩy cân bằng, cả hai bên có cùng giá trị mô-men lực được hiển thị trong kết quả.
