Bài tập cân bằng của vật có trục quay cố định Momen lực

A/ HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÁC CÂU HỎI SGK VẬT LÝ 10 TRANG 103
1. Mô men lực là gì? 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?
Trả lời:
Mô men lực 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
Cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
Vật chỉ đứng yên nếu lực tác dụng có giá đi qua trục quay. 

2. Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay qui tắc mômen lực).

Trả lời:
Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (Qui tắc mô men lực)
Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các mômen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mô men lực làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

3. Hãy vận dụng quy tắc mômen lực vào các trường hợp sau đây:

a) Một người dùng xà beng đẩy một hòn đá.
b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lẽn.
c) Một người cầm hòn gạch trên tay.
Trả lời:
a) Một người dùng xà beng đẩy một hòn đá:
Gọi F = lực dùng để bẩy cục đá; F’ = lực xà beng bẩy cục đá
Áp dụng qui tắc mô men lực:
MF = MF’ => F.d => F’. d’
Vì cánh tay đòn d của lực dùng để bẩy cục đá rất lớn hơn so với cánh tay đòn d’ của lực bẩy cục đá nên ta có: F << F'
=> Người bẩy chỉ cần tác dụng lực nhỏ có thế bẩy được cục đá rất nặng.
b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lên.
Gọi F = lực dùng kéo xe; P = trọng lượng của xe
Áp dụng qui tắc mô men của lực:
MF = MP => F.dF = P.dP
Vì cánh tay đòn df của lực dùng để kéo xe rất lớn so với cánh tay đòn dp của trọng lực nên ta có: F << P
=> dùng xe cúi kít kéo vật sẽ nhọ hơn xách vật.
d. Một người cầm hòn gạch trên tay (xem hình 18.5 SGK).
Gọi F = lực của cơ bắp; P = trọng lượng của hòn gạch
O = trục quay là khuỷu tay,
Áp dụng qui tắc mô men lực:
MF = MP => F.dF = P.dP
Vì cánh tay đòn dF của lực cơ bắp dùng để nhấc hòn gạch lớn hơn so với cánh tay đòn dp của trọng lực của viên gạch nên ta có: F << P

=> nhấc cục gạch bằng cách gập khuỷ tay sẽ nhẹ hơn xách hòn gạch.

4. Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh. Khi người đó tác dụng một lực 100N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Biết cánh tay đòn của lực tác dụng của người đó là 20 cm và của lực nhổ đinh khỏi gỗ là 2 cm như hình 18.1. Hãy tính lực cản của gỗ tác dụng vào đinh .

Hướng dẫn giải:
Gọi F = lực tác dụng của người đó dùng để nhổ đinh; F' = lực của búa tác dụng lên đinh. Ta có:
F = 100 N; d = 20 cm; d’ = 2 cm
r = ?
Áp dụng qui tắc mô men lực:
MF = MF’
=> F.d = F’.d’
Lực cản của gỗ tác dụng vào đinh có độ lớn bằng lực của búa tác dụng vào đinh:
=> F’ = 1000 N
Đáp số: F' = 1000 N

5. Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân

Trả lời
Nguyên tắc hoạt động của chiếc cân dựa trên qui tắc mô men lực. Hai cánh tay đòn của hai đĩa cân bằng nhau. Khi trọng lượng của quả cân bỏ vảo đĩa bên này bằng với trọng lượng của vật cần cân ở đĩa bên kia thì cân thăng bằng.

6. Hãy viết qui tắc mô men lực cho chiếc cuốc chim (hình 18.2 SGK)

Trả lời
F1.d1 = F2.d2

B/ BÀI TẬP LUYỆN TẬP

1. Một người nâng một đầu của một thanh gỗ thẳng, đồng chất tiết diện đều có khối lượng 28 kg lên cao hợp với mặt đất nằm ngang một góc α = 60°. Lấy g = 10 m/s2. Tính độ lớn của lực nâng F của người đó trong các trường hợp sau:
a) Lực

 vuông góc với mặt phẳng tấm gỗ.
b) Lực

 thẳng đứng hướng lên.

2. Một thanh AB đài 2 m đồng chất có tiết diện đều, có khối lượng 2 kg. Người ta treo vào đầu A của thanh vật có khối lượng 5 kg và đầu B vật có khối lượng 1 kg như hình 18.3.

Hỏi phải đặt một giá đỡ tại điểm O cách đầu A một khoảng OA bằng bao nhiêu để thanh nằm ngang. Lấy g = 10 m/s2.

3. Một khối đồng chất hình hộp có khối lượng m = 8 kg, cạnh AB = a = 40 cm, cạnh BC = b = 70 cm. Người ta tác dụng một lực P ên điểm B theo phương vuông góc với BC như hình 18.4.

Tính giá trị lớn nhất của F để khối gỗ chưa bị đổ. Lấy g = 10 m/s2.
Hướng dẫn giải

Trong cuộc sống hàng ngày, ta thường xuyên gặp một vật rắn khi quay quanh một trục quay cố định, ví dụ như đòn bẩy. Tuy nhiên, quy tắc đòn bẩy chỉ là một trong trường hợp riêng của một quy tắc tổng quát hơn mà ta sẽ được học dưới đây, vậy quy tắc đó là gì? Và nếu như vật không thể chuyển động tịnh tiến mà chỉ có thể quay quanh một trục thì điều gì sẽ xảy ra khi các vật đó chịu tác dụng của một lực.

Để đi tìm câu trả lời cho câu hỏi trên, mời các bạn tham khảo ngay nội dung bài học bài 18 cân bằng của một mật có trục quay cố định và momen lực này nhé.

1. Thí nghiệm

Thay đổi giá \(\)\(\overline{F_2}\)

Vậy lực có tác dụng gì trong trường hợp vật có trục quay cố định?

Nhận xét:

Vật vẫn quay cùng chiều kim đồng hồ

Như vậy: lực có tác dụng làm quay vật đối với trường hợp vật có trục quay cố định.

Vậy nếu đồng thời tác dụng lên đĩa 2 lực \(F_1\) và \(F_2\) thì đĩacó cân bằng không?

Nhận xét: Đĩa sẽ đứng yên khi tác dụng làm quay của \(F_1\) bằng với tác dụng làm quay của \(F_2\)

Đĩa sẽ đứng yên khi tác dụng làm quay của \(F_1\) bằng với tác dụng làm quay của \(F_2\)

Khi đó:

\(F_1 = 1N\)

\(d_1 = 2cm = 0,02m\)

\(→ F_1d_1 = 1.0,02 = 0,02Nm\)

\(F_2 = 0,5N\)

\(d_2 = 4cm = 0,04m\)

\(→ F_2d_2 = 0,5.0,04 = 0,02Nm\)

\(F_1d_1 = F_2d_2\)

Nhận xét: Tích số Fd là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực F và được gọi là momen lực, kí hiệu là M.

Khi đổi giá trị cuả \(F_2\)

Khi đổi độ lớn của \(F_2\) và \(d_2\)

2. Momen lực

a. Định nghĩa: Momen lực 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.

b. Biểu thức:

M = Fd

• d: Cánh tay đòn của lực (khoảng cách thẳng góc từ trục quay đến giá của lực). (m)
• F: Độ lớn của lực (N)
• M: Momen lực (N.m)

3. Chú ý: Momen lực phụ thuộc vào giá của lực so với trục quay

Đĩa chỉ câng bằng khi \(F_1d_1 = F_2d_2 → M_1 = M_2\)

Nghĩa là momen lực làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng momen làm vật quay theo chiều ngược lại.

Cách xác định cánh tay đòn:

1. Quy tắc momen lực:

Muốn cho một vật có trục quay cố định ở 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.

Biểu thức: \(F_1d_1 = F_2d_2\) hay \(M_1 = M_2\)

2. Chú ý:

Quy tắc momen lực còn được áp dụng khi vật có trục quay tạm thời.

\(F_1d_1 = F_2d_2\) hay \(M_1 = M_2\)

Hướng dẫn làm bài tập sgk bài 18 cân bằng của một vật có trục quay cố định – momen lực chương III vật lý lớp 10. Bài giúp các bạn tìm hiểu momen lực và quy tắc mômen lực.

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?

>> Xem: giải bài tập 1 trang 103 sgk vật lý lớp 10

Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực).

>> Xem: giải bài tập 2 trang 103 sgk vật lý lớp 10

Hãy vận dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp sau:

a) Một người dùng xà beng để đẩy một hòn đá (Hình 18.3)

b) Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (Hình 18.4).

c) Một người cầm hòn gạch trên tay (Hình 18.5).

>> Xem: giải bài tập 3 trang 103 sgk vật lý lớp 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 đỉnh.

>> Xem: giải bài tập 4 trang 103 sgk vật lý lớp 10

Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân (Hình 18.7).

>> Xem: giải bài tập 5 trang 103 sgk vật lý lớp 10

Lời kết: Nội dung bài học bài 18 cân bằng của một vật có trục quay cố định – momen lực chương III vật lý lớp 10. Qua bài học các bạn cần lưu ý như sau:

– Cân bằng của một vật có trục quay cố định, Momen lực cần lưu ý thí nghiệm và momen lực là gì?
– Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định cần nắm các quy tắc và chú ý.

Vậy, trên là toàn bộ nội dung bài học bài 18 cân bằng của một vật có trục quay cố định – momen lực chương III vật lý lớp 10. Hi vọng bài viết sẽ giúp các ban5 nắm bắt kiến thức một cách tốt nhất, và hoàn thành tốt chương trình học vật lý lớp 10 nhé.

Bài Tập Liên Quan: