Cân bằng của vật có trục quay cố định, Quy tắc Momen lực, Công thức và Bài tập - Vật lý 10 bài 18

Vậy Momen lực là gì? Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định (quy tắc Momen lực) là gì? Momen lực được tính theo công thức nào? Chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Cân bằng của vật có trục quay cố định. Momen lực

1. Thí nghiệm về sự cân bằng của vật có trục quay cố định

- Nếu không có lực  thì lực  làm cho đĩa quay theo chiều kim đồng hồ.

- Nếu không có lực  thì lực  làm cho đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. 

- Đĩa sẽ đứng yên khi tác dụng làm quay của lực  cân bằng với tác dụng làm quay của lực 

2. Momen lực là gì? Công thức cách tính.

- Định nghĩa: Momen lực đối vói 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.

- Công thức tính Momen lực: M = F.d

 Trong đó:

 M: Momen của lực, đơn vị là Niu-tơn mét, kí hiệu là (N.m).

 d: Cánh tay dòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực

II. Quy tắc Momen lực, Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định.

1. Quy tắc Momen lực

- Muốn cho một vật có trục quay cố định ỏ 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 ngược chiều kim đồng hồ.

 M₁ = M₂ ⇔ F₁.d₁ = F₂.d₂

2. Chú ý khi sử dụng quy tắc Momen lực

- 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.

III. Bài tập Momen lực, Cân bằng của vật có trục quay cố định.

* Bài 1 trang 103 SGK Vật Lý 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 bài 1 trang 103 SGK Vật Lý 10:

- Phát biểu: Momen 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 và cánh tay đòn của nó.

- Công thức: M = F.d

 Trong đó:

 M: Momen lực (N.m)

 F: là lực tác dụng (N)

 d: là cánh tay đòn (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 Lý 10: Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay qui tắc momen lực).

° Lời giải bài 2 trang 103 SGK Vật Lý 10:

♦ Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định:

- Tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các monen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

* Bài 3 trang 103 SGK Vật Lý 10: Hãy vận dụng qui tắc momen lực vào các trường hợp sau:

a) Một người dùng xà beng để bẩy một hòn đá (hình dưới - hình 18.3 sgk).

b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (hình dưới - hình 18.4 sgk).c) Một người cầm hòn gạch trên tay (hình dưới - hình 18.5 sgk).

° Lời giải bài 3 trang 103 SGK Vật Lý 10:

a) Gọi chiều dài OA và OB lần lượt là d_OA và d_OB ta có: F_A.d_OA = F_B.d_OB

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

 d₁ khoảng cách từ trục quay đến giá của trọng lực

 d₂ khoảng cách từ trục quay đến giá của lực

⇒ Ta có: P.d₁ = F.d₂

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

 Gọi d_P là khoảng cách từ trục quay O đến giá của lực

⇒  Ta có: F.d_F = P.d_p

* Bài 4 trang 103 SGK Vật Lý 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 bài 4 trang 103 SGK Vật Lý 10:

- Gọi d_F là cánh tay đòn của lực F, ta được: d_F = 20(cm) = 0,2(m).

- Gọi d_C là cánh tay đòn của lực cản gỗ: d_C = 2(cm) = 0,02(m).

- Áp dụng quy tắc Momen lực, ta có: F.d_F = F_C.d_C

* Bài 5 trang 103 SGK Vật Lý 10: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân (Hình 18.7 sgk - hình dưới).

° Lời giải bài 5 trang 103 SGK Vật Lý 10:

- Khi cân nằm cân bằng, theo qui tắc momen lực ta có: P_hs.d₁ = P_qc.d₂ 

 (hs: hộp sữa; qc: quả cân; d₁ và d₂ là hai cánh tay đòn của cân)

- Vì d₁ = d₂ ⇒ P_hs = P_qc ⇒ m_hs = m_qc

⇒ Nguyên tắc hoạt động của cân là dựa vào quy tắc momen.