Momen lực là gì?
Thí nghiệm cân bằng của một vật sẽ có trục quay cố định - Momen lực
Cho một đĩa tròn có trục quay qua tâm O, trên đĩa thiết kế lỗ dùng để treo quả cân. Tác dụng vào đĩa 2 lực là $vec{F_1}$ và $vec{F_2}$ nằm trong mặt phẳng của đĩa nhưng đĩa vẫn phải đứng yên. Nếu không xuất hiện lực $vec{F_2}$ thì lực $vec{F_1}$ sẽ làm cho đĩa quay theo chiều của kim đồng hồ. Với trường hợp ngược lại, nếu không xuất hiện lực $vec{F_1}$ thì lực $vec{F_2}$ sẽ làm cho đĩa quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ. Đĩa đó đứng yên bởi vì có sự cân bằng giữa tác dụng làm quay của lực $vec{F_1}$ và tác dụng làm quay của lực $vec{F_2}$
Định nghĩa Momen lực
Trước khi tìm hiểu những kiến thức sâu hơn, chúng ta cùng tìm hiểu momen lực là gì. Đối với một trục quay, momen lực chính là một đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và sẽ được tính bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Công thức tính momen lực: M = F.d
Trong đó:
- F là kí hiệu độ lớn của lực tác dụng (đơn vị: N)
- d là kí hiệu khoảng cách từ trục quay đến giá của lực và còn được gọi là cánh tay đòn của lực (đơn vị: m)
- M chính là momen lực (đơn vị momen lực: N.m)
Ví dụ về momen lực: Tay nắm cửa được lắp đặt xa bản lề nhằm tăng momen lực.
Quy tắc Momen lực (Điều kiện để cân bằng của một vật có trục quay cố định)
a) Quy tắc
Để một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các momen lực có xu hướng làm cho vật quay theo chiều của kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược chiều kim đồng hồ.
Biểu thức là: $F_1$.$d_1$ = $F_2$.$d_2$ hay M1 = M2
Với trường hợp mà vật phải chịu nhiều lực tác dụng ta có:
Có $F_1$.$d_1$ + $F_2$.$d_2$ +… = $F_1'$.$d_1'$ + $F_2'$.$d_2'$ + …
b) Chú ý
Quy tắc momen còn được áp dụng với trường hợp là một vật không có trục quay cố định mà ở trong một tình huống cụ thể nào đó thì ở vật sẽ xuất hiện trục quay.
Nếu ta không tác dụng một lực $vec{F_2}$ vào cán, thì dưới tác dụng của lực $vec{F_1}$ của tảng đá, chiếc cuốc sẽ quay quanh một trục quay O và đi qua điểm tiếp xúc giữa cuốc với mặt đất.
Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học tập THPT vững vàng
Bài tập ôn luyện kiến thức về Momen lực Vật lý 10
3.1. Bài tập tự luận
Bài 1: Momen lực với một trục quay là gì? Cánh tay đòn của lực là gì? Khi nào lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định nhưng không làm cho vật quay ? Giải: Momen lực với một trục quay là một đại lượng đặc trưng thể hiện tác dụng làm quay của lực và sẽ được tính bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. Cánh tay đòn chính là khoảng cách tính từ giá của lực đến trục.
M = F.d Để vật không quay thì tổng của các momen lực theo chiều của kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực theo chiều ngược kim đồng hồ.
Bài 2: Hãy trình bày điều kiện cân bằng của một vật sẽ có trục quay cố định (hay còn là quy tắc momen lực): Giải: Để vật có trục quay cố định mà lại không quay thì tổng của các momen lực phải có xu hướng là để vật quay theo chiều của kim đồng hồ và phải bằng tổng các momen lực với xu hướng để vật quay theo chiều ngược kim đồng hồ.
Bài 3: Hãy áp dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp dưới đây: a) Một người đang sử dụng xà beng để đẩy hòn đá. b) Một người nhấc càng của xe cút kít lên. c) Một người cầm hòn gạch ở trên tay. Giải: a) Ta có biểu thức: $F_A$.OA = $F_B$.OB
b)
c) Gọi O là trục quay $d_1$ là khoảng cách tính từ O đến giá của lực $vec{F}$
$d_2$ là khoảng cách tính từ O đến giá của trọng lực $vec{P}$
Ta sẽ có biểu thức : F.$d_1$ = P.$d_2$
Bài 4: Một người sử dụng búa để nhổ một chiếc đinh như hình bên dưới. Khi người này tác dụng một lực = 100 N vào đầu búa thì chiếc đinh bắt đầu chuyển động. Hãy xác định lực cản của gỗ tác dụng lên đinh.
Giải: Ta sử dụng quy tắc momen Ta có phương trình: F. $d_1$ = $F_C$. $d_2$
Với F=100N thì ta có: $d_1$= 20cm = 2.$10^{-1}$ m $d_2$ = 2cm = 2.$10^{-2}$ m
Từ phương trình ta có: $F_C$ = F.$frac{d_1}{d_2}$ = 100. $frac{2.10^{-1}}{2.10^{-2}}$ = 1000 N Vậy suy ra được $F_C$ = 1000 N
Bài 5: Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân như hình dưới đây.
Giải: Theo quy tắc momen ta có: Phộp sữa.$l_1$ = Pquả cân. $l_2$
Với $l_1$, $l_2$ là hai cánh tay đòn của chiếc cân.
⇒ mhộp x g x $l_1$ = mquả cân x g x $l_2$
Do có thì $l_1$ = $l_2$ => mhộp sữa = mquả cân
Vậy nguyên tắc hoạt động của cân dựa vào quy tắc momen.
Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Một thanh đồng chất có trọng lượng kí hiệu là P được gắn với tường bằng một bản lề và được giữ nằm ngang bằng một dây treo thẳng đứng. Xem xét momen lực với bản lề. Hãy lựa chọn câu khẳng định đúng.
A. Momen lực căng > momen trọng lực B. Momen lực căng < momen trọng lực C. Momen lực căng = momen trọng lực D. Lực căng dây = trọng lượng thanh.
Câu 2: Một thanh AB dài 7,5 m có trọng lượng là 200 N và có trọng tâm G cách đầu A một đoạn là 2 m. Thanh có khả năng quay xung quanh một trục đi qua O. Biết rằng độ dài OA là 2,5 m. Để AB cân bằng thì phải tác dụng vào đầu B một lực F với độ lớn là bao nhiêu?
A. 120 N. B. 125 N. C. 10 N. D. 20 N.
Câu 3: Một cây xà nằm ngang có chiều dài 10m và trọng lượng 200 N. Một đầu xà gắn với tường, đầu kia được giữ bằng sợi dây tạo với phương nằm ngang một góc 600. Xác định lực căng của sợi dây.
A. 20 N. B. 150 N. C. 116 N. D. 175 N.
Câu 4: Một cái thước kí hiệu AB dài 1m đặt trên một mặt bàn nhẵn nằm ngang, có trục qua O cách A một khoảng bằng 80cm. Một lực $F_1$ = 4 N tác dụng vào đầu A theo phương vuông góc với thước và lực thứ hai là $F_2$ tác dụng lên đầu B của thước và theo phương vuông góc với thước (không thấy trên hình). Cho biết các lực đều nằm ở trên mặt phẳng nằm ngang. Hỏi lực $F_2$ có hướng và độ lớn như thế nào nếu thước không chuyển động
A. bằng 0. B. cùng hướng với $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 1,6 N. C. cùng hướng với $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 16 N. D. ngược hướng với $F_1$ với độ lớn $F_2$ = 16 N.
Câu 5: Một cái thước kí hiệu AB đặt trên một mặt bàn nhẵn nằm ngang, có trục quay O cách đầu A một khoảng là 80 cm. Một lực $F_1$ có độ lớn là 10 N tác dụng lên đầu A theo phương vuông góc với thước và lực $F_2$ tác dụng lên vị trí C của thước theo phương vuông góc với thước (không vẽ trên hình) và cách A một khoảng là 30 cm. Các lực đều nằm ở trên mặt phẳng nằm ngang. Hỏi lực $F_2$ có hướng và độ lớn như thế nào nếu thước không chuyển động?
A. bằng 0. B. cùng hướng với F1 và độ lớn F2 = 12 N. C. cùng hướng với F1 và độ lớn F2 = 10 N. D. ngược hướng với F1 và độ lớn F2 = 16 N.
Câu 6: Một vật rắn khi
