Lý thuyết Vật lý 10 bài 21 KNTT

Moment lực - Cân bằng của vật rắn

Chúng tôi xin giới thiệu bài Lý thuyết Vật lý lớp 10 bài 21: Moment lực - Cân bằng của vật rắn được VnDoc sưu tầm và tổng hợp các câu hỏi lí thuyết và trắc nghiệm có đáp án đi kèm nằm trong chương trình giảng dạy môn Vật lý lớp 10 sách Kết nối tri thức. Mời quý thầy cô cùng các bạn tham khảo tài liệu dưới đây.

A. Lý thuyết Vật lý 10 bài 21

1. Moment lực

a. Tác dụng làm quay của lực

- Ở lớp 8 các em đã học trong môn KHTN về tác dụng làm quay của lực. Muốn mô tả chính xác tác dụng của búa khi dùng để nhổ định (Hình 21.1a), ta phải đưa vào khái niệm mới là cánh tay đòn của lực.

- Cánh tay đòn của lực là khoảng cách từ trục quay đến giá của lực, kí hiệu là d (Hình 21.1b).

Hình 21.1. Dùng búa nhổ đinh

b. Moment lực

- Ví dụ trên cho phép ta lấy tích F.d làm đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và gọi là moment lực, kí hiệu là M.

- Moment lực đối với 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

- Đơn vị của moment lực là niutơ mét (N.m).

2. Quy tắc moment lực

a. Thí nghiệm

- Dùng một đĩa tròn có trục quay đi qua tâm 0, trên mặt đĩa có những lô dùng để treo những quả cân. Tác dụng vào đĩa những lực $\overrightarrow {{F_1}}$ $\overrightarrow {{F_1}}$ và $\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_2}}$ nằm trong mặt phẳng của đĩa sao cho đĩa đứng yên (Hình 21.3). Khi đó moment của lực $\overrightarrow {{F_1}}$ $\overrightarrow {{F_1}}$ đã cân bằng với moment của lực $\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_2}}$. Về độ lớn ta có: F₁.d₁ = F₂.d₂

Hình 21.3

b. Quy tắc moment lực (hay điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định)

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

- Nếu chọn một chiều quay làm chiều dương thì điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định là: Tông các moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

$\sum {M = 0}$ $\sum {M = 0}$

3. Ngẫu lực

a. Ngẫu lực là gì?

- Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng đặt vào một vật.

- Ngẫu lực tác dụng lên một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.

- Các Hình 21.5a, b là những ví dụ về ngẫu lực.

Hình 21.5. Dùng tay vặn vòi nước, điều khiển tay lái ô tô, ta tác dụng vào vật một ngẫu lực

b. Moment của ngẫu lực

- Vì hai lực $\overrightarrow {{F_1}}$ $\overrightarrow {{F_1}}$ và $\overrightarrow {{F_2}}$ $\overrightarrow {{F_2}}$ đều làm cho vật quay theo một chiều nên moment của ngẫu lực M được xác định: M = F₁.d₁ + F₂.d₂ hay M = F.d

- Trong đó F là độ lớn của mỗi lực, d là khoảng cách giữa hai giá của lực, gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực (Hình 21.6).

Hình 21.6

- Tác dụng của ngẫu lực lên vật chỉ làm quay vật.

- Moment ngẫu lực: M = F.d = F(d1 + d2).

4. Điều kiện cân bằng tổng quát của vật rắn

- Ta đã biết, vật đứng yên thì trọng lực phải cân bằng với các lực khác tác dụng lên vật.

- Như vậy, điều kiện cân bằng của một vật rắn là:

+ Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0.

+ Tổng các moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì bằng 0 (nếu chọn một chiều quay làm chiều dương).

Điều kiện cân bằng của một vật rắn: Tổng các lực tác dụng lên vật bằng 0 và tổng moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.

B. Bài tập minh họa

Bài 1: Nếu dùng tay để siết chặt một đai ốc thì việc đó rất khó, tuy nhiên với dụng cụ thích hợp như cờ lê thì việc siết chặt đai ốc trở nên dễ dàng.

Tác dụng của dụng cụ này thay đổi thế nào nếu ta tăng độ lớn của lực hoặc sử dụng cờ lê dài hơn?

Hướng dẫn giải

Nếu ta tăng độ lớn của lực hoặc sử dụng cờ lê dài hơn thì việc siết chặt đai ốc càng trở nên dễ dàng.

Bài 2: Một vật rắn ở trạng thái cân bằng sẽ không quay khi tổng moment của lực tác dụng bằng 0. Điều này chỉ đúng khi mỗi moment lực tác dụng được tính đối với

A. trọng tâm của vật rắn.

B. trọng tâm hình học của vật rắn.

C. cùng một trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa lực

D. điểm đặt của lực tác dụng.

Hướng dẫn giải

Chọn C.

Một vật rắn ở trạng thái cân bằng sẽ không quay khi tổng moment của lực tác dụng bằng 0. Điều này chỉ đúng khi mỗi moment lực tác dụng được tính đối với cùng một trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa lực.

Bài 3: Thước AB = 100cm, trọng lượng P = 10N, trọng tâm ở giữa thước. Thước có thể quay dễ dàng xung quanh một trục nằm ngang đi qua O với OA = 30cm. Để thước cân bằng và nằm ngang, ta cần treo một vật tại đầu A có trọng lượng bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải