Bài 18: Cân bằng của một vật có trục quay cố định và Momen lực

Tóm tắt lý thuyết

1.1. Cân bằng của một vật có trục quay cố định. Mômen lực.

1.1.1. Thí nghiệm.

  • Nếu không có lực \({\vec F_2}\) thì lực \({\vec F_1}\) làm cho đĩa quay theo chiều kim đồng hồ.
  • Ngược lại nếu không có lực \({\vec F_1}\) thì lực \({\vec F_2}\) làm cho đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Đĩa đứng yên vì tác dụng làm quay của lực \({\vec F_2}\) cân bằng với tác dụng làm quay của lực \({\vec F_2}\).

1.1.2. Mômen lực

  • Mômen lực đối với một trục quay là 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.

\(M{\rm{ }} = {\rm{ }}F.d{\rm{ }}\left( {N/m} \right)\)

  • Với
    • M : momen của lực
    • d : cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.
    • Đơn vị momen lực: N.m

1.2. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định.

1.2.1. Quy tắc.

  • Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

\({M_1} = {M_2}\)

\(\,{F_1}.{d_1} = {F_2}.{d_2}\)

1.2.2. Chú ý

  • Qui tắc mômen 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

Bài tập minh họa



Bài 1:

Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh. Khi người ấy tác dụng một lực F1 = 100N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Hãy tìm lực cản của gỗ tác dụng lên đinh. Biết d1= 20cm, d2 = 2cm.

Hướng dẫn giải

  • Khi đinh bắt đầu chuyển động thì Momen của búa xem như bằng momen cản của đinh:
  • Ta có: \({M_1} = {M_2}\)

\(\,{F_1}.{d_1} = {F_2}.{d_2}\)

\( \Rightarrow {F_2} = \frac{{{F_1}{d_1}}}{{{d_2}}} = \frac{{100.0,2}}{{0,02}} = 1000N\)

Bài 2:

Biểu thức nào sau đây không chính xác theo quy tắc momen lực :

A. \(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}}\) B. \(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_1}}}{{{d_2}}}\)

C. \(\frac{{{F_2}}}{{{F_1}}} = \frac{{{d_1}}}{{{d_2}}}\) D. \(\frac{{{d_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{F_1}}}\)

Hướng dẫn giải

Theo quy tắc momen lực:

\(\,{F_1}.{d_1} = {F_2}.{d_2}\)

⇔ \(\frac{{{F_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}}\) ⇔ \(\frac{{{F_2}}}{{{F_1}}} = \frac{{{d_1}}}{{{d_2}}}\) ⇔ \(\frac{{{d_1}}}{{{F_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{F_1}}}\)

⇒ Biểu thức câu B không chính xác.

Bài 3:

Chọn câu phát biểu sai:

A. Momen lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của vật.

B. Momen lực được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của lực đó.

C. Cánh tay đòn là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực.

D. Momen lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực.

Hướng dẫn giải:

  • Mômen lực đối với một trục quay là là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực ⇒ Đáp án A sai