SGK Vật Lí 10 - Bài 18. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực

  • Bài 18. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực trang 1
  • Bài 18. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực trang 2
  • Bài 18. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Momen lực trang 3
Cân bằng củạ một vật có
TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH
Momen lực
Chắc chắn em đã biết câu nói nổi tiếng của Ác-si-mét khi ông khám phá ra quy tắc đòn bẩy : "Hãy cho tôi một điếm tựa, tôi sẽ nhấc bống Trái Đất". Tuy nhiên, đòn bấy chỉ là trường hợp riêng của một vật rắn có trục quay và quy tắc đòn bẩy chỉ là trường họp riêng của một quy tắc tống quát hơn mà ta sẽ học dưới đây.
I - CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT CÓ TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH. MOMEN Lực
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. Ta tác dụng vào đĩa hai lực Fỵ và F2 nằm trong mặt phẳng của đĩa, sao cho đĩa vẫn đứng yên (Hình 18.1).
Ta có thể giải thích trạng thái cân bằng của đĩa như sau : Nếu không có lực F2 thì lực Fỵ sẽ làm cho đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. Ngược lại, nếu không có lực Fj thì lực F2 sẽ làm cho đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Sở dĩ đĩa đứng yên là vì tác dụng làm quay của lực Fj cân bằng với tác dụng làm quay của lực F2.
Momen lực
Ta hãy tìm một đại lượng có thể đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực, đại lượng này phải có giá trị như nhau đối với hai lực Fj và F2 tròng thí nghiệm trên.
Ta có nhận xét, lực Fị lớn gấp 3 lần lực F2, nhưng khoảng cách d2 từ trục quay đến giá của lực F2 lại lớn gấp 3 lần khoảng cách từ trục quay đến giá của lực Fj. Do đó, nếu lập tích Fd thì ta có :
Fji/j = F2d2
Lặp lại thí nghiệm bằng cách thay đổi khoảng cách dỵ và độ lớn của lực ĩ\, sao cho Fji/j = F2d2 thì đĩa vẫn đứng yên.
Như vậy, ta có cơ sở để lấy tích Fd làm đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực F và gọi là momen lực, kí hiệu là M. Còn khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực gọi là cánh tay đòn của lực. Từ đó, ta có định nghĩa sau đây :
Momen lực đôi với một trục quay là đại lượng đặc trirng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.
M = Fd	(18.1)
Đơn vị của momen lực là niutơn mét (N.m).
II - ĐIÊU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT VẬT có TRỤC QUAY CỐ ĐỊNH (HAY QUY TẮC MOMENLỰC)
1. Quy tắc
Hũ Hãy viết quy tắc momen lực cho chiếc cuốc chim khi cân bằng (Hình 18.2).
Muốn cho một vật có trục quay cô định ở trạng tháị 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. '
2. Chú ý
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. Chẳng hạn như ta hãy xét trạng thái cân bằng của một chiếc cuốc chim đang được dùng để bẩy một tảng đá (Hình 18.2). Nếu ta thôi không tác dụng lực F2 vào cán, thì dưói tác dụng của lực Fj của tảng đá, chiếc cuốc chim sẽ quay quanh trục quay o đi qua điểm tiếp xúc của cuốc với mặt đất. HI
Momen lục đối với một trục quay là đại luọng đặc trung cho tác dụng làm quay của lục và đuọc đo bằng tích của lục với cánh tay đòn của nó.
M= Fd
Đon vị cùa momen lục là niuton mét, kí hiệu là N.m.
Quy tắc momen lục :
Muốn cho một vật có trục quay cố định ò trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lục có xu huóng làm vật quay theo chiêu kim đồng hổ phải bằng tổng các rhomen lục có xu huóng làm vật quay nguọc chiều kim đồng hổ.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
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 ?
Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực).
c) Một người cầm hòn gạch trên tay (Hình 18.5).
▼ _
3. Hãy vận dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp sau:
Một người dùng xà beng để bẩy một hồn đá (Hình 18.3).
Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (Hình 18.4).
4. 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.
Hình 18.4
5. Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân (Hình 18.7),