Ngẫu lực là gì? Công thức tính Momen của ngẫu lực và bài tập vận dụng - Vật lý 10 bài 22

Để giải đáp câu hỏi trên, chúng ta cùng tìm hiểu về ngẫu lực là gì? Momen ngẫu lực có công thức tính như thế nào? Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn ra sao? qua nội dung bài viết dưới đây.

I. Ngẫu lực là gì?

1. Định nghĩa ngẫu lực

- Hệ hai lực song song, nguợc chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.

2. Ví dụ về ngẫu lực

- Dùng tay vặn vòi nước ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực

- Dùng tuanơvit để vặn đinh ốc, ta tác dụng vào tuanơvit một ngẫu lực

- Khi ôtô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái

⇒ Như vậy, ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

II. Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn

1. Trường hợp vật không có trục quay cố định

- Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.

- Xu hướng chuyển động li tâm của các phần của vật ở ngược phía đối với trọng tâm triệt tiêu nhau nên trọng tâm đứng yên. Trục quay đi qua trọng tâm không chịu lực tác dụng.

2. Trường hợp vật có trục quay cố định

- Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay. Khi ấy vật có xu hướng chuyển động li tâm nên tác dụng lực vào trục quay.

- Vì vậy, khi chế tạo các bộ phận quay của máy móc (như bánh đà, bánh xe ô tô,...) thì phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm của bánh đà, bánh xe một cách chính xác nhất.

3. Momen của ngẫu lực

- Đối với các trục quay vuông góc với mặt phẵng chứa ngẫu lực thì mômen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí trục quay và luôn luôn có giá trị:

 Trong đó:

 F: là độ lớn của mỗi lực (N)

 d: là khoảng cách giữa 2 giá của ngẫu lực còn được gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực (m)

 M: Momen của ngẫu lực (N.m)

- Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.

III. Bài tập về ngẫu lực

* Bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10: Ngẫu lực là gì? Nêu một vài ví dụ về ngẫu lực.

° Lời giải bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

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

◊ Ví dụ về ngẫu lực

- Dùng tay vặc vòi nước ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực;

- Khi ô tô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái (vô lăng);

* Bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10: Nêu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn.

° Lời giải bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

- Trường hợp vật KHÔNG có trục quay cố định: Ngẫu lực sẽ làm cho vật quay quanh trọng tâm. Nếu có trục quay đi qua trọng tâm thì trục quay này không chịu tác dụng lực.

- Trường hợp vật CÓ trục quay cố định: Ngẫu lực làm cho vật quay quanh trục quay cố định. Trọng tâm cũng quay quanh trục quay, gây ra lực tác dụng lên trục quay đó, có thể làm cho trục quay biến dạng.

* Bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10: Viết công thức tính momen của ngẫu lực. Momen của ngẫu lực có đặc điểm gì?

° Lời giải bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

- Công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d

- Đặc điểm (tính chất) của momen ngẫu lực: Momen của ngẫu lực phụ thuộc vào độ lớn của ngẫu lực, vào khoảng cách d giữa hai giá của hai lực, không phụ thuộc vào vị trí trục quay O.

* Bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 10: Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5,0 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 20 cm. Momen của ngẫu lực là:

A. 100N.m    B. 2,0N.m    C. 0,5N.m    D. 1,0N.m

° Lời giải bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

◊ Chọn đáp án: D.1,0 N.m

- Áp dụng công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d = 5.0,2 = 1 (N.m).

* Bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10: Một ngẫu lực gồm hai vecto lực F₁ và F₂ có F₁ = F₂ = F và có cánh tay đòn d. Momen của ngẫu lực này là

A. (F₁ – F₂).d.

B. 2Fd.

C. Fd.

D. Chưa biết được vì còn phụ thuộc vào vị trí của trục quay.

° Lời giải bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

◊ Chọn đáp án: C. Fd.

- Công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d

* Bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 10: Một chiếc thước mảnh có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm O của thước. Dùng hai ngón tay tác dụng vào thước một ngẫu lực đặt vào hai điểm A và B cách nhau 4,5 cm và có độ lớn F_A = F_B = 1 N (Hình 22.6a).

a) Tính momen của ngẫu lực.

b) Thanh quay đi một góc α = 30⁰. Hai lực luôn luôn nằm ngang và vẫn đặt tại A và B (Hình 22.6b). Tính momen của ngẫu lực

° Lời giải bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 10: 

a) Momen của ngẫu lực (4,5cm = 0,045m): M = F.d = F.AB = 1.0,045 = 0,045 (N.m).

b) Momen của ngẫu lực: M' = F.BI

- Xét ΔAIB vuông tại I nên có: BI = AB.cosα = 0,045.cos30⁰ = 0,039(m)

⇒ M' = 1.0,039 = 0,039 (N.m).