CHƯƠNG IV: TÁC DỤNG QUAY CỦA LỰC

BÀI 18: TÁC DỤNG LÀM QUAY CỦA LỰC. MÔMEMT LỰC

1. NHẬN BIẾT 

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”.

Giải:

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?

Giải:

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

Câu 3: Giá của lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay của lực thay đổi như thế nào?

Giải:

Giá của lực càng xa trục quay thì tác dụng làm quay của lực càng lớn.

Câu 4: Đơn vị của mômen lực là gì? 

Giải:

Biểu thức tính mômen lực M = F.d nên đơn vị của mômen lực là N.m.

Câu 5: Mômen lực tác dụng lên vật là đại lượng đặc trưng cho điều gì?

Giải:

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.

2. THÔNG HIỂU 

Câu 1: 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)?

Giải:

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

Giải:

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

Giải:

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.

3. VẬN DỤNG 

Câu 1: 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:

Giải:

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

Câu 2: 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 20 cm. Mômen của lực tác dụng lên vật có giá trị là:

Giải:

Mômen lực: M = F.d = 10.20.10-2 = 2 N.m.

4. VẬN DỤNG CAO 

Câu 1: 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.

Giải:

Xét trục quay tại O.

Trọng lực P 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 F có xu hướng làm vật quay xuôi chiều kim đồng hồ hay B và F cùng chiều.

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

⇔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 2: 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.

Giải:

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