Cùng HOC247 tìm hiểu về moment lực và cân bằng lực thông qua nội dung của Bài 14: Moment - Điều kiện cân bằng của vật trong Chương 5 của SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo. Mời các em cùng tham khảo nội dung bài giảng dưới đây!
Tóm tắt lý thuyết
1.1. Moment lực – Moment ngẫu lực
a. Khái niệm moment lực
|
Moment 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 với cánh tay đòn của nó: M = F.d |
|---|
Với: F là độ lớn của lực
d là khoảng cách từ trục đến quá của lực, gọi là cánh tay đòn
Mô tả tác dụng làm quay của lực đối với trục quay O
- Trong hệ SI, đơn vị của moment lực là N.m
- Ví dụ:
Lực tác dụng lên cờ lê để tháo đai ốc
b. Khái niệm moment ngẫu lực
Một vài ví dụ về ngẫu lực trong thực tiễn:
a) lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước
b) lực tác dụng vào vô lăng ô tô
c) lực tác dụng vào một thanh tự do
| Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật được gọi là ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực, chỉ có chuyển động quay của vật bị biến đổi |
|---|
- Ví dụ: Lực tác dụng vào vô lăng ô tô
Trong đó: \({\vec F_1},{\vec F_2}\) đều có tác dụng làm vô lăng quay ngược chiều kim đồng hồ và có cánh tay đòn lần lượt là d1 và d2.
Ta có khoảng cách giữa hai giá của hai lực d = d1 + d2. Lúc đó, d gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực
Khi đó, moment của ngẫu lực đối với trục quay đi qua điểm O được xác định
\(M = {F_1}.{d_1} + {F_2}.{d_2} = F.d\)
- Ngẫu lực xuất hiện ở một số tình huống sau:
a) Vặn khóa cửa b) Tháo bánh xe c) Vặn nút ga
1.2. Quy tắc moment
a. Quy tắc moment
Thanh chắn đường tàu
- Để hỗ trợ cho tàu hoả di chuyển an toàn qua các nơi giao nhau với đường bộ, người ta thường sử dụng thanh chắn như hình trên. Xét trục quay đi qua khớp nối giữa thanh chắn với trụ đỡ và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng (P) (chứa thanh chắn và trụ đỡ).
- Ở trạng thái cân bằng, chuyển động xoay của thanh chắn trong mặt phẳng (P) cần phải được loại bỏ. Khi đó, điều kiện phải có chính là quy tắc moment lực.
|
Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại: \({M_1} + {M_2} + ... = {M_1}' + {M_2}' + ...\) |
|---|
b. Vận dụng quy tắc moment
Ví dụ 1: Một xe đẩy chuyển vật liệu có cấu tạo như Hình 14.11. Tổng khối lượng vật liệu và xe là 100 kg. Áp dụng quy tắc moment, tính lực nâng đặt vào tay cầm để giữ xe thăng bằng. Lấy g = 9,8 m/s2.
Hình 14.11. Xe đẩy vật liệu
Hướng dẫn giải:
Xét trục quay đi qua trục bánh xe. Lực nâng của tay có tác dụng làm xe quay cùng chiểu kim đồng hồ trong khi trọng lực của vật liệu có tác dụng làm xe quay ngược chiều kim đồng hồ.
Áp dụng quy tắc moment lực, ta có: F.d1 = P.d2
Suy ra: \(F = \frac{{m.g.{d_2}}}{{{d_1}}} = \frac{{100.9,8.0.6}}{{1,4}} = 420N\)
Ví dụ 2: Một cột truyền tải điện có các dây cáp dẫn điện nằm ngang ở đầu cột và được giữ cân bằng thẳng đứng nhờ dây cáp thép gắn chặt xuống đất như Hình 14.12. Biết dây cáp thép tạo góc 30° so với cột điện, các dây cáp dẫn điện tác dụng lực kéo F = 500 N vào đầu cột theo phương vuông góc với cột. Xác định lực căng của dây cáp thép để cột điện thăng bằng.
Hình 14.12. Dây thép giữ cột điện
Hướng dẫn giải:
Xét trục quay đi qua điểm tựa của cột điện lên mặt đất, lực căng của dây cáp dẫn điện có tác dụng làm cột điện quay ngược chiều kim đồng hồ; lực căng của dây cáp thép có tác dụng chống lại sự quay này.
Áp dụng quy tắc moment lực, ta có:
F.h = T.h.sin300 (h là chiều cao của cột điện)
Suy ra: T = 2F = 1 000N
c. Điều kiện cân bằng của vật
- Các vật được xét trong các ví dụ minh hoạ trong bài đều không thể xem như là chất điểm bởi có hình dạng và kích thước xác định. Khi khoảng cách giữa hai điểm bất kì trên vật không đổi, vật được gọi là vật rắn.
- Khối lượng và vị trí trọng tâm là hai đại lượng đặc trưng cho vật rắn, Chuyển động của trọng tâm đại diện cho chuyển động tịnh tiến của vật rắn.
Hệ vật cân bằng trên nêm
- Ví dụ:
 |
 |
| Diễn viên xiếc sử dụng quy tắc cân bằng để đi trên dây | Thanh bập bênh cân bằng |
|
- Khi vật rắn ở trạng thái cân bằng, lực tác dụng vào vật phải có hai điều kiện sau: + Lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng không + Tổng moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì bằng không. \(\begin{array}{l} - Trong điều kiện về moment lực, ta cần quy ước các moment lực có xu hướng làm vật quay theo một chiều có giá trị dương. Từ đó, các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược với chiều dương quy ước sẽ có giá trị âm. |
|---|
Bài tập minh họa
Bai tập 1: Một người dùng chiếc búa dài 25 cm để nhổ một cây đinh đóng thẳng đứng ở một tấm gỗ. Biết lực tác dụng vào cây búa 180 N song song với mặt đất là có thể nhổ được cây đinh. Hãy tìm lực cản của gỗ tác dụng lên cây đinh, biết trục quay tạm thời của búa cách đinh một khoảng 9 cm.
Hướng dẫn giải:
Áp dụng quy tắc moment ta có:
\({F_1}.{d_1} = {F_2}.{d_2} \Rightarrow 180.0,25 = {F_2}.0,09 \Rightarrow {F_2} = 500N\)
Bai tập 2: Một thanh sắt AB dài, đồng chất, tiết diện đều, được đặt trên bàn sao cho 1/4 chiều dài của nó nhô ra khỏi bàn. Tại đầu nhô ra B, người ta đặt một lực có độ lớn F hướng thẳng đứng xuống dưới. Khi lực đạt tới giá trị 40 N thì đầu kia của thanh bắt đầu bênh lên. Tính khối lượng của thanh. Lấy g=10m/s2
Hướng dẫn giải:
Gọi O là điểm bắt đầu nhô ra của thanh sắt, O chính là trục quay của thanh, G là trọng tâm của thanh.
Khi đầu A của thanh bắt đầu bênh lên, ta có
\(\begin{array}{l}
{M_F} = {M_P} \Rightarrow F.OB = P.OG\\
\Rightarrow F.OB = m.g.OG\\
\Rightarrow m = \frac{F}{g}.\frac{{OB}}{{OG}} = \frac{{40}}{{10}}.\frac{{\frac{{AB}}{4}}}{{\frac{{AB}}{4}}} = 4kg
\end{array}\)
Bai tập 3: Khi vật rắn không có trục quay cố định chịu tác dụng của moment ngẫu lực thì vật sẽ quay quanh yếu tố nào?
Hướng dẫn giải:
Khi vật rắn không có trục quay cố định chịu tác dụng của moment ngẫu lực thì vật sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực. Trường hợp này ngẫu lực không gây ra một tác dụng nào đối với trục quay nghĩa là có trục quay qua tâm cũng như không có.
Luyện tập Bài 14 Vật Lý 10 CTST
Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:
- Moment lưc, moment ngẫu lực
- Quy tắc moment và điều kiện cân bằng của vật
3.1. Trắc nghiệm Bài 14 môn Vật Lý 10 CTST
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 5 Bài 14 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
3.2. Bài tập SGK Bài 14 môn Vật Lý 10 CTST
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo Chương 5 Bài 14 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Mở đầu trang 87 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 1 trang 87 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 2 trang 88 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 3 trang 88 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 88 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 4 trang 89 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 5 trang 89 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 90 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 6 trang 90 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 7 trang 90 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Câu hỏi thảo luận 8 trang 91 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Luyện tập trang 92 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Vận dụng trang 92 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập 1 trang 92 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập 2 trang 93 SGK Vật Lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.1 trang 43 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.2 trang 43 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.3 trang 43 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.4 trang 43 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.5 trang 44 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.6 trang 44 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.7 trang 44 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập trắc nghiệm 14.8 trang 44 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.1 trang 45 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.2 trang 45 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.3 trang 45 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.4 trang 45 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.5 trang 46 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.6 trang 46 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Giải bài tập tự luận 14.7 trang 47 SBT Vật lý 10 Chân trời sáng tạo - CTST
Hỏi đáp Bài 14 Vật Lý 10 CTST
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 10 HỌC247
