CHƯƠNG IV: TÁC DỤNG LÀM QUAY CỦA LỰC

Câu 1: Điền từ vào chỗ trống sao cho có nội dung phù hợp: “Hợp lực của 2 lực song song cùng chiều là một lực (1) …… với 2 lực và có độ lớn bằng (2) …… các độ lớn của 2 lực thành phần”.

Trả lời:

Hợp lực của 2 lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều với 2 lực và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của 2 lực thành phần.

Câu 2: Tác dụng làm quay của lực phụ thuộc vào độ lớn của lực như thế nào?

Trả lời:

Độ lớn của lực càng lớn thì tác dụng làm quay của lực càng lớn.

Câu 3: Nêu cấu tạo của đòn bẩy?

Trả lời:

Thanh cứng với điểm tựa tạo thành đòn bẩy.

Khi dùng đòn bẩy để nâng vật thì đòn quay quanh điểm O gọi là điểm tựa và nó chịu tác dụng của hai lực, lực F₁ do vật tác dụng vào đòn đặt tại điểm O₁, lực F₂ do ta tác dụng vào đòn đặt tại điểm F₂ 

Câu 4: Ví dụ về các vật dụng trong cuộc sống có sử dụng đòn bẩy?

Trả lời:

Ví dụ trong thực tế khi sử dụng đòn bẩy ta được lợi về lực: 

Bập bênh, mái chèo, bua nhổ đinh, kìm, xe cút kít, kéo cắt kim loại....

Chiếc kéo dùng để cắt kim loại thường có phần tay cầm dài hơn lưỡi kéo để được lợi về lực.

Câu 5: Tại sao khi đẩy nhẹ của, tay đặt xa các bản lề của cánh cửa (hình a) thì mở của sẽ dễ dàng hơn khi đặt tay gần bản lề (hình b)?

Trả lời:

Khi đẩy nhẹ cửa, tay ta đặt xa các bản lề của cánh cửa (hình a) thì mở cửa sẽ dễ dàng hơn khi đặt tay gần bản lề vì giá của lực càng cách xa trục quay, moment lực càng lớn và tác dụng làm quay càng lớn.

Câu 6: Khi một vật rắn quay quanh một trục thì tổng mômen lực tác dụng lên vật có giá trị bằng?

Trả lời:

Đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của một lực là mômen của nó. Mômen M của một lực được tính bằng tích độ lớn của lực với khoảng cách từ trục quay đến đường thẳng trùng với phương của lực (giá của lực): M = F.d.

Vậy nên, khi vật rắn quay, mômen của lực có giá trị khác 0.

Câu 7: Điều kiện giúp người sử dụng đòn bẩy để nâng vật lên với lực nhỏ hơn trọng lượng của vật?

Trả lời:

Khi  O O₂  >  O O₁   thì  F₂  <  F₁  nghĩa là khi khoảng cách từ điểm tựa đến điểm tác dụng lực lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa đến điểm đặt vật thì lực tác dụng nhỏ hơn trọng lượng vật.

Câu 8: Chọn từ thích hợp điền vào chỗ trống: Muốn lực nâng vật……… trọng lượng của vật thì phải làm cho khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của lực nâng……khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của trọng lượng vật.

Trả lời:

Muốn lực nâng vật nhỏ hơn trọng lượng của vật thì phải làm cho khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của lực nâng lớn hơn khoảng cách từ điểm tựa tới điểm tác dụng của trọng lượng vật.

Câu 9: Ở trường hợp nào, lực có tác dụng làm vật rắn quay quanh trục?

Trả lời:

Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay khi đó cánh tay đòn d của lực sẽ khác không nên mômen lực khi đó khác không sẽ có tác dụng làm quay vật rắn.

Câu 10: Cho đòn bẩy loại 1 có chiều dài OO₁ < OO₂. Hai lực tác dụng vào 2 đầu O₁ và O₂ lần lượt là F₁ và F₂. Để đòn bẩy cân bằng ta phải có?

Trả lời:

Cho đòn bẩy loại 1 có chiều dài OO₁ < OO₂. Hai lực tác dụng vào 2 đầu O₁ và O₂ lần lượt là F₁ và F₂. Để đòn bẩy cân bằng ta phải có lực F₂ CÓ độ lớn nhỏ hơn lực F₁.

Câu 11: Hai lực của ngẫu lực có độ lớn F = 20 N, khoảng cách giữa hai giá của ngẫu lực là d = 30 cm. Mômen của ngẫu lực có độ lớn bằng:

Trả lời:

Mômen ngẫu lực: M = F.d = 20.0,3 = 6 N.m.

Câu 12: Một lực có độ lớn 10 N tác dụng lên một vật rắn quay quanh một trục cố định, biết khoảng cách từ giá của lực đến trục quay là 80 cm. Mômen của lực tác dụng lên vật có giá trị là:

Trả lời:

Mômen lực: M = F.d =  = 8 N.m.

Câu 13: Một người tác dụng một lực F = 150 N vào đầu A của đòn bẩy, để bẩy một hòn đá có khối lượng 60kg. Biết OB = 20 cm, chiều dài đòn AB là?

Trả lời:

Hòn đá có khối lượng 60 kg, nên nó có trọng lượng

P = 10.60 = 600N.
Sử dụng đòn bẩy để bẩy hòn đá lên, áp dụng công thức đòn bẩy ta có:
F.OA = P.OB <=> 150.OA = 600.20 <=> OA = 80 cm
Vậy chiều dài đòn AB = OA + OB = 20 + 80 = 100 cm = 1m.

Câu 14: Cho hệ thống đòn bẩy như hình vẽ. Để đòn bẩy cân bằng, ta phải treo một vật m = l00 g ở vị trí O₂ cách O một đoạn... Biết rằng O₁ cách O một đoạn 20 cm.

Trả lời:

Vật 250 g có trọng lượng P₁ = 2,5N;

Vật 100 có trọng lượng P₂ = 1N.

Áp dụng điều kiện cân bằng của đòn bẩy ta có: P₁ .O₁ O = P₂ .O₂ O

Thay số ta được: 2,5.20 = 1. O₂ O => O₂ O = 50 cm.

Câu 15: Muốn bẩy một vật nặng 10000N bằng một lực 500N thì phải dùng đòn bẩy có?

Trả lời:

Ta có: F₂ = 500N ; F₁ = 10000N, F₂ nhỏ hơn F₁ là 20 lần nên O₂ O > 20 O₁ O

Câu 16: Một thanh chắn đường AB dài 7,5 m; có khối lượng 25 kg, có trọng tâm G cách đầu A là 1,2 m. Thanh có thể quay quanh một trục O nằm ngang cách đầu A là 1,5 m. Để giữ thanh cân bằng nằm ngang thì phải tác dụng lên đầu B một lực bằng bao nhiêu? Lấy g = 10 m/s².

Trả lời:

Xét trục quay tại O.

Trọng lực  có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ. Vậy để giữ thanh cân bằng, cần tác dụng lên đầu B một lực  có xu hướng làm vật quay xuôi chiều kim đồng hồ hay  và  cùng chiều.

Để thanh cân bằng, áp dụng quy tắc mômen lực, ta có: M_P = M_F

⇔P.OG = F.OB

⇔P.(OA – AG) = F.(AB – OA)

⇔m.g.(OA – AG) = F.(AB – OA)

⇔25.10.(1,5 – 1,2) = F.(7,5 - 1,5)

⇔F = 12,5 N.

Câu 17: Một cánh cửa có chiều dài 2m, khối lượng 15 kg, được treo quay tự do qua một trục cố định ở một đầu. Trọng tâm của cánh cửa nằm ở giữa cánh, cách trục quay 1m. Để cánh cửa ở trong tình trạng cân bằng, người ta cần tác động một lực lên cánh cửa ở phía còn lại. Tính độ lớn của lực cần tác động để cánh cửa ở trong tình trạng cân bằng. (Lấy g = 10 m/s²)

Trả lời:

Xét trục quay tại trục cố định.

Trọng lực của cánh cửa tác động tại trọng tâm G có hướng xuống và xuôi chiều kim đồng hồ. Để duy trì cánh cửa trong tình trạng cân bằng, cần có một lực tác động lên cánh cửa ở phía còn lại, hướng lực này là ngược chiều kim đồng hồ.

Áp dụng quy tắc mômen lực, ta có:

m ⋅ g ⋅ AG = F ⋅ AB

15 ⋅ 10 ⋅ 1 = F ⋅ 2

F =  = 75N

Vậy, người ta cần tác động một lực có độ lớn là 75 \, \text{N}75N để duy trì cánh cửa trong tình trạng cân bằng.

Câu 18: Một thanh gỗ dài 1,8 m nặng 30 kg, một đầu được gắn vào trần nhà nhờ một bản lề, đầu còn lại được buộc vào một sợi dây và gắn vào trần nhà sao cho phương của sợi dây thẳng đứng và giữ cho tấm gỗ nằm nghiêng hợp với trần nhà nằm ngang một góc 45°. Biết trọng tâm G của thanh gỗ cách đầu gắn sợi dây 60 cm. Tính lực căng của sợi dây. Lấy g = 10 m/s2.

Trả lời:

Xét trục quay tại O. Trọng lực  có xu hướng làm cho vật quay ngược chiều kim đồng hồ. Lực căng  có xu hướng làm vật quay xuôi chiều kim đồng hồ.

Để thanh cân bằng, áp dụng quy tắc mômen lực, ta có: MP = MT

⇔P.d = T.d'

⇔P.OG.cos45 = T.OA.cos45

⇔m.g.(OA - AG) = T.OA

⇔30.10.(1,8 – 0,6) = T.1,8

⇒T = 200 N.

Câu 19:  Một người gánh một gánh nước. Thùng thứ nhất nặng 20 kg, thùng thứ hai nặng 30 kg. Gọi điểm tiếp xúc giữa vai với đòn gánh là O, điểm treo thùng thứ nhất vào đòn gánh là O1, điểm treo thùng thứ hai vào đòn gánh là O2. Hỏi OO1 và OO2 có giá trị nào sau đây thì gánh nước cân bằng?

Trả lời:

Trọng lượng của thùng thứ nhất là: P1 = 10.m = 10.20 = 200N

Trọng lượng của thùng thứ hai là: P2 = 10.m = 10.30 = 300N

Để gánh nước cân bằng thì: P1 d1 = P2 d2

Chỉ có đáp án B là thỏa mãn: 200.90 = 300.60

Vậy OO1 và OO2 có giá trị OO1 = 90cm, OO2 = 60cm.

Câu 20: Một đòn bẩy AB có chiều dài 1 m. Ở 2 đầu người ta treo 2 vật có khối lượng lần lượt m1 = 400g và m2 = l00g. Để đòn bẩy cân bằng, điểm tựa 0 phải cách A một đoạn.... Cho biết đầu A treo vật 400g.

Trả lời:

Vật 400 g có trọng lượng P1 = 4N; vật 100 g có trọng lượng P2 = 1N

Để đòn bẩy cân bằng thì P1.AO = P2.BO 4.AO = 1.BO (1)

Mà AB = AO + BO = 1m = 100 cm (2)

Thay (1) vào (2) ta được AO+ 4AO = 100 cm => AO = 20 cm.