Lý thuyết Moment. Điều kiện cân bằng của vật (Chân trời sáng tạo 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 14: Moment. Điều kiện cân bằng của vật

A. Lý thuyết Moment. Điều kiện cân bằng của vật

1. Moment lực - Moment ngẫu lực

a. Khái niệm moment lực

- Moment lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó:

M = F.d

Với: F là độ lớn của lực

        d là khoảng cách từ trục đến quá của lực, gọi là cánh tay đòn

Mô tả tác dụng làm quay của lực đối với trục quay O

- Trong hệ SI, đơn vị của moment lực là N.m

Giá của lực đi qua trục quay thì không có tác dụng làm quay ở hình a

b. Khái niệm moment ngẫu lực

- Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật được gọi là ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực, chỉ có chuyển động quay của vật bị biến đổi

Ví dụ: Trong đó ${\overrightarrow{F}}_1,{\overrightarrow{F}}_2$ đều có tác dụng làm vô lăng quay ngược chiều kim đồng hồ và có cánh tay đòn lần lượt là d1 và d2.

Ta có khoảng cách giữa hai giá của hai lực d = d1 + d2. Lúc đó, d gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực

Khi đó, moment của ngẫu lực đối với trục quay đi qua điểm O được xác định

$M=F_1.d_1+F_2.d_2=F.d$

Ngẫu lực xuất hiện ở một số tình huống trên

2. Quy tắc Moment

a. Quy tắc moment

Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại:

$M_1+M_2+\mathrm{...}=M_1\text{'}+M_2\text{'}+\mathrm{...}$

b. Điều kiện cân bằng của vật

- Khi vật rắn ở trạng thái cân bằng, lực tác dụng vào vật phải có hai điều kiện sau:

+ Lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng không

+ Tổng moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì bằng không.

$\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\mathrm{...}+\overrightarrow{F_n}=\overrightarrow{0}$

$M_1+M_2+\mathrm{...}+M_n=0$

- Trong điều kiện về moment lực, ta cần quy ước các moment lực có xu hướng làm vật quay theo một chiều có giá trị dương. Từ đó, các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược với chiều dương quy ước sẽ có giá trị âm.

Diễn viên xiếc sử dụng quy tắc cân bằng để đi trên dây

Thanh bập bênh cân bằng

B. Trắc nghiệm Moment. Điều kiện cân bằng của vật

Câu 1: Moment lực của một lực đối với trục quay là bao nhiêu nếu độ lớn của lực là 5,5 N và cánh tay đòn là 2 mét.

A. 10 N.

B. 10 Nm.

C. 11 N.

D. 11 Nm.

Câu 2: Khi vật rắn có trục quay cố định chịu tác dụng của moment ngẫu lực thì vật rắn sẽ quay quanh

A. trục đi qua trọng tâm.

B. trục cố định đó.

C. trục xiên đi qua một điểm bất kỳ.

D. trục bất kỳ.

Câu 3: Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5,0 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 20 cm. Moment của ngẫu lực là:

A. 100 N.m.

B. 2,0 N.m.

C. 0,5 N.m.

D. 1,0 N.m.

Đáp án đúng là: D.

Moment của ngẫu lực là: $M=F.d={\mathrm{5.20.10}}^{-2}=1Nm$

Câu 4: Một thanh sắt AB dài, đồng chất, tiết diện đều, được đặt trên bàn sao cho $\frac{1}{4}$ chiều dài của nó nhô ra khỏi bàn. Tại đầu nhô ra B, người ta đặt một lực có độ lớn F hướng thẳng đứng xuống dưới. Khi lực đạt tới giá trị 40 N thì đầu kia của thanh bắt đầu bênh lên. Tính khối lượng của thanh. Lấy $g=10m/s^2$

A. 2 kg.

B. 6 kg.

C. 5 kg.

D. 4 kg.

Câu 5: Một người dùng chiếc búa dài 25 cm để nhổ một cây đinh đóng thẳng đứng ở một tấm gỗ. Biết lực tác dụng vào cây búa 180 N song song với mặt đất là có thể nhổ được cây đinh. Hãy tìm lực cản của gỗ tác dụng lên cây đinh, biết trục quay tạm thời của búa cách đinh một khoảng 9 cm.

A. 500 N.

B. 400 N.

C. 200 N.

D. 100 N.