Máy tính đòn bẩy là gì?
Đòn bẩy là một trong sáu loại máy cơ đơn giản kinh điển: một thanh cứng quay quanh một điểm tựa. Công cụ này áp dụng định luật đòn bẩy để tìm lợi cơ học (MA) của bất kỳ đòn bẩy nào cùng lực đầu ra (lực tải) mà nó có thể tạo ra. Máy tính dùng được cho đòn bẩy loại 1, loại 2 và loại 3, miễn là bạn nhập đúng cánh tay đòn của lực tác dụng và cánh tay đòn của tải, đo từ điểm tựa.
Cách sử dụng
Nhập cánh tay đòn của lực tác dụng — khoảng cách từ điểm tựa đến nơi bạn tác dụng lực (\(d_{in}\)) — và cánh tay đòn của tải — khoảng cách từ điểm tựa đến vật tải (\(d_{out}\)). Bạn có thể dùng đơn vị độ dài bất kỳ, miễn là nhất quán. Tùy chọn nhập thêm lực bạn tác dụng (\(F_{in}\)) để xem lực tải sinh ra. Lợi cơ học cho biết đòn bẩy nhân lực của bạn lên bao nhiêu lần.
Giải thích công thức
Quy tắc momen lực cho biết một đòn bẩy cân bằng thỏa mãn $$F_{in} \cdot d_{in} = F_{out} \cdot d_{out}$$ Biến đổi lại, ta được lợi cơ học $$MA = \frac{d_{in}}{d_{out}} = \frac{F_{out}}{F_{in}}$$ MA lớn hơn 1 nghĩa là đòn bẩy nhân lực lên (bạn đánh đổi quãng đường để lấy lực); nhỏ hơn 1 nghĩa là nó nhân quãng đường và tốc độ lên thay vì lực.
Ví dụ minh họa
Một cây xà beng có cánh tay đòn lực tác dụng là 100 cm và cánh tay đòn tải là 25 cm. \(MA = 100 / 25 = \mathbf{4}\). Nếu bạn dùng lực 50 N, lực tải sẽ là \(50 \times 4 = \mathbf{200}\ \textbf{N}\) — cây xà beng nhân lực của bạn lên gấp bốn lần.
Câu hỏi thường gặp
Nên dùng đơn vị nào? Bất kỳ đơn vị nào, miễn là nhất quán. Hai cánh tay đòn chỉ cần cùng đơn vị với nhau; lực thì dùng đơn vị bạn nhập vào (N, lbf, kg-lực, v.v.).
MA nhỏ hơn 1 có ý nghĩa gì? Đòn bẩy làm giảm lực nhưng tăng tốc độ và biên độ chuyển động — điển hình ở đòn bẩy loại 3 như cẳng tay người hay cần câu cá.
Công cụ có tính đến ma sát hay trọng lượng thanh không? Không. Đây là mô hình lý tưởng, giả định thanh cứng, không khối lượng và điểm tựa không ma sát — đủ chính xác cho hầu hết bài toán thiết kế và bài tập.
