Ròng rọc là một trong số các máy cơ đơn giản, tiện ích mà chúng ta bắt gặp hoặc sử dụng hằng ngày. Ngay cả những máy móc đảm nhận những nhiệm vụ, công việc phức tạp cũng tận dụng sức mạnh của nguyên lý ròng rọc. Cùng tham khảo bài viết dưới đây để xây dựng một giáo trình dạy STEM về ròng rọc lý thú cho trẻ.
Ròng rọc là gì?
Ròng rọc là một hệ thống dây thừng được sử dụng quấn qua một hoặc nhiều bánh xe để nâng các vật nặng lên dễ dàng hơn. Khi chúng ta kéo một đầu dây của ròng rọc xuống sẽ tạo ra một lực hướng lên đối với vật và nâng vật lên cao.
Nguyên lý hoạt động của Ròng rọc
Có 3 hệ thống hoạt động cơ bản của ròng rọc:
- Ròng rọc cố định: Là ròng rọc chỉ có một bánh xe được cố định tại một điểm duy nhất, được sử dụng để thay đổi hướng của lực tác động cần thiết để nâng một vật lên. Khi hoạt động, ròng rọc tự giữ nguyên vị trí trong khi vật sẽ chuyển động cùng với sợi dây.
- Ròng rọc động: Là ròng rọc cho phép gắn thêm một vật, một đầu của sợi dây được gắn vào một điểm cố định, còn đầu còn lại của sợi dây được thả tự do.
- Ròng rọc phức hợp: Là sự kết hợp của một ròng rọc cố định và ròng rọc động để tối đa hóa lợi ích cơ học của hệ thống ròng rọc trong quá trình vận chuyển vật.
Việc hiểu được cách thức hoạt động riêng của từng hệ thống ròng rọc đã cho phép các kỹ sư thiết kế thành công các loại máy móc hiện địa như: Thang máy, cần trục, máy ủi…
Những ứng dụng thực tiễn quan trọng của Ròng rọc
Về ứng dụng thực tiễn của ròng rọc trong cuộc sống, thì vào hàng nghìn năm trước, các kỹ sư đầu tiên đã sử dụng ròng rọc trong quá trình xây dựng các công trình có cấu trúc tỷ lệ hoành tráng như: Cầu dẫn nước, đài kỷ niệm và thậm chí cả kim tự tháp… Ngày nay, chúng ta sử dụng ròng rọc để thực hiện nhiều công việc hữu ích hàng ngày như: Mở rèm cửa sổ, cửa nhà tự động.
Bên cạnh đó, ròng rọc còn là một thiết bị rất quan trọng trong xây dựng, các kỹ sư kết hợp sử dụng nhiều ròng rọc một lúc tạo thành một hệ thống ròng rọc để chuyển hướng lực hoặc giảm trọng lượng của lực cần thiết để nâng một vật thể lên khi xây dựng các công trình. Các kỹ sư đã khai thác sức mạnh của ròng rọc bằng cách thiết kế các quy trình và cơ chế hoạt động để thực hiện những cuộc vận chuyển khó khăn.
Có thể khẳng định, ròng rọc là một trong sáu loại máy móc đơn giản, giúp thực hiện các công việc khó khăn hàng ngày bằng cách vận dụng các hiện tượng kỹ thuật và lợi ích cơ học trong thiết kế.
Các bài học về Ròng rọc theo từng khối lớp
Khối tiểu học (từ lớp 3 – 5)
Ở khối lớp này khi mới bắt đầu tìm hiểu về ròng rọc trẻ sẽ được trang bị những kiến thức tổng quát và cơ bản về ròng rọc như:
- Tác động mạnh mẽ của ròng rọc: Học sinh sẽ được khám phá câu chuyện xây kim tự tháp với chiếc máy đơn giản gọi là ròng rọc. Các em được học cách sử dụng một ròng rọc để thay đổi hướng của lực tác dụng lên vật và sử dụng ròng rọc để di chuyển, nâng các vật nặng. Tiếp thu kiến thức về những ưu điểm cơ học mạnh mẽ của việc sử dụng hệ thống nhiều ròng rọc.
- Trọng lượng riêng của ròng rọc: Học sinh sẽ học được cách mô tả nguyên lý hoạt động của các loại ròng rọc, trình bày được sự khác nhau giữa ròng rọc cố định và ròng rọc động. Và đưa ra được các ví dụ hàng ngày về ứng dụng của ròng rọc được các kỹ sư áp dụng trong quá trình xây dựng.
- Sức mạnh của lợi ích cơ học: Học sinh sẽ có thể tự giải thích rõ ràng và tự tin về ròng rọc là máy móc đơn giản mang lại lợi thế cơ học và xác định được lợi thế cơ học dưới dạng ví dụ. Các em cũng học được cách vẽ sơ đồ bố trí ròng rọc có khả năng ứng dụng cơ học. Dự đoán các quan sát về khả năng nâng các vật của hệ thống ròng rọc.
Khối cơ sở (lớp 6 – 8)
Ở khối lớp này các em sẽ được tìm hiểu những kiến thức nâng cao về những ứng dụng của ròng rọc trong cuộc sống, nguyên lý và cơ chế hoạt động cụ thể của các loại ròng rọc:
- Các loại máy móc và công cụ: Trong hoạt động này, học sinh sẽ trang bị được kinh nghiệm trực tiếp với lợi thế cơ học của ròng rọc. Học cách thiết lập các hệ thống ròng rọc khác nhau, so sánh lợi thế lý thuyết và cơ học thực tế của từng loại ròng rọc và thảo luận về tính cơ năng của ròng rọc.
- Lực nâng của Đòn bẩy: Học sinh được làm quen với một máy móc phổ biến được chế tạo nên từ việc kết hợp ba trong số sáu loại máy đơn giản được nhiều kỹ sư sử dụng: Ròng rọc, đòn bẩy, bánh xe và trục. Xác định cách đòn bẩy, ròng rọc, bánh xe và trục được sử dụng trong nhiều hệ thống kỹ thuật quen thuộc ngày nay. Thảo luận về lợi thế cơ học của đòn bẩy, ròng rọc và bánh xe và trục.
Khối phổ thông (lớp 9 – 12)
Ở khối lớp này các em sẽ được thực hiện các thí nghiệm thực tiễn thú vị bằng việc vận dụng các kiến thức học được về nguyên lý hoạt động của ròng rọc thông qua Thí nghiệm Rube Goldberg.
Ở thí nghiệm này học sinh sẽ cùng nhau thực hiện thí nghiệm nhóm để chế tạo một thiết bị phức tạp bằng cách kết hợp ít nhất một trong số sáu máy đơn giản: Ròng rọc, mặt phẳng nghiêng, trục vít, bánh xe và trục, đòn bẩy và nêm.
Qua đó có thể thấy, ròng rọc là một trong sáu loại máy móc đơn giản nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành nên các thiết bị, máy móc hiện đại phục vụ cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Việc tìm hiểu và nắm vững các kiến thức, nguyên lý hoạt động của ròng rọc sẽ trang bị cho bé một nền tảng học tập các bộ môn Khoa học, Vật lý tốt hơn và giúp bé hiểu rõ hơn về các ứng dụng thực tiễn xung quanh bé.
