Cân bằng của một vật có trục quay cố định momen lực

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Cân bằng của một vật có trục quay cố định - Mômen lực (M)

+ Cân bằng của một vật có trục quay cố định: Một vật có trục quay cố định thì lực có tác dụng làm quay vật. Vật cân bằng khi tác dụng làm quay theo chiều kim đồng hồ của lực này bằng tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ của lực kia.

Bạn đang xem: Cân bằng của một vật có trục quay cố định momen lực

+ Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực\(\vec F \)và được đo bằng tích độ lớn F của lực với cánh tay đòn d của nó.

Biểu thức: M = F.d.

Đơn vị: Niutơn mét (kí hiệu N.m).

2. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (Quy tắc momen lực)

+ Quy tắc: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

+ Biểu thức: \(\sum M = {\sum M ^\prime } \Leftrightarrow {F_1}{d_1} + {F_2}{d_2} + \,... = {F_1}^\prime {d_1}^\prime + {F_2}^\prime {d_2}^\prime + \,...\)

+ Chú ý: Quy tắc Momen lực còn được áp dụng cho cả trường hợp một vật không có trục quay cố định nếu như trong một tình huống cụ thể nào đó ở vật xuất hiện trục quay tức thời.

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Bài toán về momen lực

Momen lực: M = F.d

Trong đó: d là cánh tay đòn (khoảng cách từ trục quay đến giá của lực).

F là lực tác dụng.

Þ Momen của một lực đối với các trục quay khác nhau là khác nhau vì nó phụ thuộc vào tay đòn của lực.

Dạng 2. Điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định

Với bài toán vật cân bằng dưới tác dụng của ba lực không song song chúng ta có thêm một phương pháp giải nữa là sử dụng quy tắc momen, cụ thể như sau:

Bước 1: Xác định các lực tác dụng lên vật.

Bước 2: Xác định trục quay O và cánh tay đòn d tương ứng của từng lực.

+ Tính tổng momen lực\({\sum M ^\prime }\) làm vật có xu hướng quay ngược chiều kim đồng hồ.

+ Tính tổng momen lực\(\sum M \) làm vật có xu hướng quay thuận chiều kim đồng hồ.

+ Áp dụng quy tắc momen:\(\sum M = {\sum M ^\prime }\)

Chú ý: Momen của lực bằng 0 (không có tác dụng làm quay vật) khi giá của lực đi qua trục quay hoặc song song với trục quay. Các lực có phương vuông góc (nhưng không cắt trục quay) và càng xa trục quay thì có tác dụng làm vật quay càng mạnh.

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 102 SGK Vật Lí 10):

Hãy viết quy tắc momen lực cho chiếc cuốc chim khi cân bằng (Hình 18.2).

Xem thêm: Top 10 Bài Văn Thuyết Minh Về Một Thứ Đồ Dùng Trong Gia Đình

Trả lời:

Khi chiếc cuốc cân bằng với trục quay O, ta có biểu thức: F1d1= F2d2.

D. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Bài 1 (trang 103 SGK Vật Lí 10):

Momen lực đối với một trục quay là gì? Cánh tay đòn của lực là gì? Khi nào thì lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định không làm cho vật quay?

Lời giải:

+ Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực \(\vec{F}\)và được đo bằng tích độ lớn F của lực với cánh tay đòn d của nó.

Biểu thức: M = F.d.

Đơn vị: Niutơn mét (kí hiệu N.m).

+ Cánh tay đòn của lực là khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực. Lực tác dụng vào một vật cố định không làm cho vật quay khi lực tác dụng có giá đi qua trục quay (khi đó d = 0)

Bài 2 (trang 103 SGK Vật Lí 10) :

Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực).

Lời giải:

+ Quy tắcmomen lực : Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

Bài 3 (trang 103 SGK Vật Lí 10) :

Hãy vận dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp sau:

a) Một người dùng xà beng để bẩy một hòn đá (Hình 18.3).
b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (Hình 18.4).
c) Một người cầm hòn gạch trên tay (Hình 18.5).

Lời giải:

a) FA. OA = FB. OB

b) Gọi O là trục quay của bánh xe cút kít;

d1khoảng cách từ trục quay đến giá của trọng lực

d2khoảng cách từ trục quay đến giá của lực

Ta có: P. d1= F. d2

c) Gọi dFlà khoảng cách từ trục quay O đến giá của lực

Gọi dPlà khoảng cách từ trục quay O đến giá của lực

Ta có: F. dF= P. dp.

Bài 4 (trang 103 SGK Vật Lí 10) : Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh (Hình 18.6). Khi người ấy tác dụng một lực 100 N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Hãy tính lực cản của gỗ tác dụng vào đinh.

Lời giải:

Gọi dFlà cánh tay đòn của lực F, ta được: dF= 20 cm = 0,2 m.

Gọi dClà cánh tay đòn của lực cản gỗ, ta có: dC= 2 cm = 0,02 m

Áp dụng quy tắc Momen lực ta có: F.dF= FC.dC ⇔ 100.0,2 = FC.0,02 ⇒ FC = 1000 N.

Xem thêm: Top 3 Bài Tóm Tắt Văn Bản Vào Phủ Chúa Trịnh (2 Bài Mẫu), Tóm Tắt Vào Phủ Chúa Trịnh Của Lê Hữu Trác