Lý thuyết Moment lực. Cân bằng của vật rắn (Kết nối tri thức 2024) Vật lí 10

Lý thuyết Vật Lí lớp 10 Bài 21: Moment lực. Cân bằng của vật rắn

A. Lý thuyết Moment lực. Cân bằng của vật rắn

I. Moment lực

1. Tác dụng làm quay của lực

- Cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực kí hiệu d

Ví dụ: Cánh tay đòn d là khoảng cách từ vị trí điểm tì của búa đến phương tác dụng lực bàn tay lên cán búa.

2. Moment lực

- Moment lực đối với 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.

$\text{M = F. d}$

- Đơn vị của moment lực là Niutơn mét (N.m)

II. Quy tắc moment lực

1. Thí nghiệm

Dùng một đĩa tròn có trục quay đi qua tâm O, trên mặt đĩa có những lỗ dùng để treo những quả cân

Tác dụng vào đĩa những lực $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ và $\overrightarrow{{\text{F}}_2}$ nằm trong mặt phẳng của đĩa sao cho đĩa đứng yên.

Khi đó moment của lực $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ đã cân bằng với moment của lực $\overrightarrow{{\text{F}}_2}$

Về độ lớn ta có ${\text{F}}_{\text{1}}{\text{.d}}_{\text{1}}{\text{= F}}_{\text{2}}{\text{.d}}_{\text{2}}$

2. Quy tắc moment lực (điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định)

- Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momet lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

- Nếu chọn một chiều quay làm chiều dương thì điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định là: Tổng các moment lực tác dụng tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

$\sum \mathrm{M}=0$

Thanh bập bênh ở trạng thái cân bằng, tổng moment bằng không

III. Ngẫu lực

1. Ngẫu lực là gì?

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng đặt vào một vật.

Ngẫu lực tác dụng lên một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

Các cặp lực ${\text{F}}_1$ và ${\text{F}}_2$ tạo thành một ngẫu lực

2. Moment của ngẫu lực

Vì hai lực $\overrightarrow{{\text{F}}_1}$ và ${\text{F}}_2$ đều làm cho vật quay theo một chiều nên moment của ngẫu lực M được xác định

${\text{M = F}}_{\text{1}}{\text{.d}}_{\text{1}}{\text{ + F}}_{\text{2}}{\text{.d}}_{\text{2}}$ hay $\text{M = F.d}$

Trong đó

+ F: là độ lớn của mỗi lực

+ d: là khoảng cách giữa hai giá của lực, gọi là cánh tay đòn của lực

IV. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

Điều kiện cân bằng của một vật rắn là:

+ Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0

+ Tổng các moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì chọn làm trục quay bằng 0 (nếu chọn một chiều quay làm chiều dương).

Ví dụ: Xét một thanh cứng tựa vào tường

+ Điều kiện cân bằng thứ nhất là tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0

$\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}+\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{B}}}+\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{msn}}}+\overrightarrow{\mathrm{P}}=0$

+Điều kiện cân bằng thứ hai đối với trục quay A

$\text{P.}\frac{1}{2}\sqrt{{\mathrm{h}}^2+{\mathrm{d}}^2}-{\mathrm{N}}_{\mathrm{B}}.\mathrm{h}=0$

( vì $\overrightarrow{{\mathrm{N}}_{\mathrm{A}}}$và $\overrightarrow{{\mathrm{F}}_{\mathrm{msn}}}$ đều là hai lực đi qua trục quay A nên chúng có cánh tay đòn bằng 0)

B. Trắc nghiệm Moment lực. Cân bằng của vật rắn

Câu 1: Một người nâng một tấm gỗ đồng chất, tiết diện đều, có trọng lượng P = 200 N. Người ấy tác dụng một lực F vào đầu trên của tấm gỗ (vuông góc với tấm gỗ) để giữ cho nó hợp với mặt đất một góc a = 30°. Độ lớn lực F bằng

A. 86,6 N.

B. 100 N

C. 50 N.

D. 50,6 N.

Câu 2: Thanh AB đồng chất, tiết diện đều, trọng lượng 6N, có đầu A tì vào sàn nhà nằm ngang, đầu B được giữ bởi một lò xo BC, độ cứng k = 250 N/m, theo phương thẳng đứng như hình 4. Độ dãn của lò xo khi thanh cân bằng là

A. 4,8 cm.

B. 1,2 cm.

C. 3,6 cm.

D. 2,4 cm.

Câu3: Một thanh cứng AB, dài 7 m, có khối lượng không đáng kể, có trục quay O, hai đầu chịu 2 lực F1 và F2. Cho F1 = 50 N ; F2 = 200 N và OA = 2 m. Đặt vào thanh một lực F3 hướng lên và có độ lớn 300 N để cho thanh nằm ngang. Hỏi khoảng cách OC ?

A. 1 m.

B. 2 m.

C. 3 m.

D. 4 m.

Câu 4: Có đòn bẩy như hình vẽ. Đầu A của đòn bẩy treo một vật có trọng lượng 30 N. Chiều dài đòn bẩy dài 50 cm. Khoảng cách từ đầu A đến trục quay O là 20 cm. Vậy đầu B của đòn bẩy phải treo một vật khác có trọng lượng là bao nhiêu để đòn bẩy cân bằng như ban đầu?

A. 15 N.

B. 20 N.

C. 25 N.

D. 30 N

Câu 5: Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh. Khi người ấy tác dụng một lực F= 100 N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Lực cản của gỗ tác dụng vào đinh bằng

A. 500 N.

B. 1000 N.

C. 1500 N.

D. 2000 N.