Máy cơ đơn giản – ròng rọc, mặt phẳng nghiêng, bánh xe và trục, kích vít, tời bánh răng

Bàn thí nghiệm ảo về máy cơ đơn giản cho chủ đề Năng lượng, công, công suất (Vật lí 10, Chương trình GDPT 2018), dùng được cả khi học ròng rọc và mặt phẳng nghiêng ở Khoa học tự nhiên. Mô phỏng có ròng rọc cố định, ròng rọc động, palăng, mặt phẳng nghiêng, bánh xe và trục, kích vít và tời bánh răng. Lực kế đo lực kéo F khi kéo đều, hai thước đo quãng đường vật lên h và quãng đường điểm đặt lực đi s. Từ đó tính số lần lợi về lực P/F, số lần thiệt về đường đi s/h và hiệu suất H = P·h/(F·s). Mô hình coi dây nhẹ, không dãn; mỗi ròng rọc, ổ trục hay cặp bánh răng làm mất một phần f của lực; ròng rọc động có khối lượng và được nâng cùng vật; mặt phẳng nghiêng có ma sát trượt μ; kích vít có ren vuông đường kính trung bình 40 mm. Đòn bẩy có ở mô phỏng riêng về đòn bẩy và moment lực. Chọn thẻ máy, đặt khối lượng vật, ma sát, khối lượng ròng rọc rồi bấm Kéo (Quay tay quay với kích vít và tời). Mỗi lần nâng vật thêm một dòng vào bảng gồm P, F, h, s, P/F, s/h và H; đồ thị hiệu suất theo trọng lượng vật cho thấy palăng nâng vật nặng có hiệu suất cao hơn vì khối lượng ròng rọc động chiếm phần nhỏ hơn. Thanh công dưới hình chia công toàn phần thành công có ích và công hao phí. Hai nhiệm vụ tự kiểm: tính hiệu suất từ dòng cuối của bảng, và nâng vật từ 60 kg trở lên bằng lực kéo không quá 120 N với hệ ròng rọc. Mặc định palăng 4 đoạn dây, vật 20 kg, mỗi ròng rọc động 0,5 kg, hao hụt 4 % mỗi ròng rọc: F = 57,0 N, H ≈ 86 %. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao dùng ròng rọc động được lợi 2 lần về lực nhưng thiệt 2 lần về đường đi? – Vì sao hiệu suất của palăng tăng khi nâng vật nặng hơn? – Kích vít có hiệu suất dưới 50 % thì có lợi gì khi buông tay quay?