Đáp án Vật lí 10 chân trời sáng tạo Bài 14: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật

BÀI 14 MOMENT LỰC. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT

Câu 1: Trò chơi bập bênh ở Hình 14.1, người lớn ở đầu bên tráu "nâng bổng" một bạn nhỏ ở đầu bên phải. Nhưng cũng có khi bạn nhỏ ở đầu bên phải lại có thể " nâng bổng" được người lơ ở đầu bên trái. Dựa vào nguyên tắc nào mà bạn nhỏ có thể làm được như vậy ?

Trả lời: 

Dựa vào tính chất của momen lực và ngẫu lực, vị trí của người lớn ngồi gần điểm tựa hơn, em bé ngồi xa điểm tựa hơn làm cho em bé có thể "nâng bổng" người lớn.

1. Moment lực - moment ngẫu lực

Câu 1: Quan sát Hình 14.2, mô tả chuyển động của cánh cửa khi chịu lực tác dụng của bạn học sinh.

Trả lời: 

Cánh cửa quay 1 góc bằng 90^o với tâm là chiếc bản lề nhờ hướng của tổng hợp lực do con người tác dụng.

Câu 2: Quan sát Hình 14.4, nhận xét về khả năng lắp bu lông khi đặt áp lực ở các vị trí khác nhau trên cờ lê.

Trả lời: 

F đặt ở vị trí a, khả năng lắp bu lông là khó khăn nhất, tốn nhiều sức nhất
F đặt ở vị trí b, khả năng lắp bu lông dễ dàng hơn đặt ở vị trí a
F đăt ở vị trí c là khả năng lắp bu lông dễ dàng nhất.

Câu 3: Lực có gây ra tác dụng làm quay vật không nếu có phương song song với trục quay? Dựa vào tình huống trong Hình 14.4 để minh họa cho câu trả lời của em.

Trả lời: 

Lực sẽ không gây ra tác dụng làm quay vật nếu lực có phương song song với trục quay.
Theo tình huống như hình 14.4. Lực có phương song song với trục quay sẽ khiến chiếc cờ lê rời khỏi bu lông.

Câu 4: Xét lực tác dụng vào mỏ lết có hướng như Hình 14.5. Hãy xác định cách tay đòn và độ lớn của moment lực. Biết F= 50N, l=20cm và = 20^o.

Trả lời: 

Đổi: l=20cm=0,2m
Ta có M= F.sin.l = 50. 0,2 .sin20^o= 9,4 (Nm)

Câu 5: Quan sát Hình 14.6 và thực hiện các yêu cầu sau: 
a, Xác định các cặp lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước (Hình 14.6a) , cầm vô lăng khi lái ô tô ( Hình (14.6b).
b, Nhận xét tính chất của các cặp lực này và chuyển động của các cặp đang xét.

Trả lời: 

 a, Cặp lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước là   và 

 Cặp lực của tay tác dụng khi vặn vòi nước là   và 

b, Các cặp lực này song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Chiều chuyển động của vòi nước và vô lăng là ngược chiều kim đồng hồ.

Câu 6: Có thể xác định được lực tổng hợp của ngẫu lực không ? Tại sao?

Trả lời: 

Lực tổng hợp của ngẫu lực bằng 0. Vật không hề di chuyển mà chỉ có chiều chuyển động của vật bị biến đổi. 

Câu 7: Ngoài các ví dụ được nêu trong bài học hãy tìm hiểu và trình bày những ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống. Gợi ý: Các em có thể tham khảo các trường hợp được giới thiệu trong Hình 14.8.

Trả lời: 

Ứng dụng của ngẫu lực dùng để thiết kế khóa vặn cửa, đồ tháo bánh xe, nút văn ga.

2. Quy tắc moment

Câu 1: Quan sát Hình 14.9 và thực hiện các yêu cầu sau: 
a, Xác định các lực tác dụng lên thanh chắn.
b, Xét trục quay là khớp nối giữa thanh chắn với trụ đỡ và vuông góc với mặt phẳng thẳng đứng (P) (chứa thanh chắn và trụ đỡ), những lực nào có tác dụng làm thanh chắn xoay cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ trong mặt phẳng (P)

Trả lời: 

a, Các lực tác dụng vào thanh chắn là  và . ngoài ra còn có lực nâng của trụ đỡ.

b, Lực  có tác dụng làm thanh chắn xoay cùng chiều kim đồng hồ 

lực    có tác dụng làm thanh chắn xoay ngược chiều kim đồng hồ

Câu 2: Quan sát hình 14.10, chỉ rõ lực nào có tác dụng làm cân quay cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Trả lời: 

Lực phía bên cánh tay đòn d₂ làm cân quay cùng chiều kim đồng hồ 
Lực phía bên canh tay đòn d₁ làm cân quay ngược chiều kim đồng hồ

Câu 3: Nêu điều kiện để thanh chắn đường tàu trong hình 14.9:
a, Không có chuyển động tịnh tiến. Biết chuyển động tịnh tiến của vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối hai điểm bất kì của vật luôn song song với chính nó.
b, Không có chuyển động quay. 

Trả lời: 

a, Để không có chuyển động tịnh tiến thì lực nâng của trụ đỡ phải bằng với tổng trọng lực tác dụng lên thanh chắn và đối trọng.

b, Để thanh chắn không có chuyển động quay thì độ lớn của moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng độ lớn moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.

Câu 4: Xét hai vật có khối lượng lần lượt là m₁= 5kg, m₂= 2kg được đặt trên một thanh thẳng nằm ngang có khối lượng không đáng kể. Hệ nằm cân bằng trên một cạnh nêm có mặt cắt được mô tả như Hình 14.13. Hãy xác định d₂ và độ lớn lực do cạnh nêm tác dụng lên điểm tựa O. Biết d₁= 20 cm.

Trả lời: 

Đổi 20cm=0,2m
Ta có M₁=M₂
=> m_1.d₁ = m₂.d₂

=> 5 . 0,2 = 2 .d₂ 

=> d₂ = 0,5 (m)
Độ lớn của lực do cạnh nêm tác dụng lên điểm tựa O là
F= P₁+ P₂= m₁g+ m₂ .g = 5.10+2.10=70 (N)

Câu 5: Dựa vào điều kiện cân bằng, hãy nêu và phân tích các yếu tố an toàn trong tình huống được đưa ra trong Hình 14.14

Trả lời: 

Gậy gỗ mà diễn viên xiếc cầm có vai trò hỗ trợ giữ được trạng thái thăng bằng cho diễn viên. Gậy giúp diễn viên xiếc đẽ điều chỉnh trọng lực của hệ luôn đi qua dây nên người không bị ngã.

Câu 6: Người ta các dụng lực  có độ lớn 80N lên tay quay để xoay chiếc cối xay như Hình 14P.1. Cho rằng  có phương tiếp tuyến với bề mặt cối xay, khoảng cách từ tay quay đến tâm là d= 40 cm. Xác định moment của lực  đối với trục qua tâm cối xay

Trả lời: 

Đổi 40 cm= 0,4 m
M= F.d= 80.0,4= 32 (N.m)

Câu 7: Để nhổ một cây định ghim vào bàn tạo thành một góc 30^o so với phương thẳng đứng, ta tác dụng lực F = 150N theo phương vuông góc với cán búa như Hình 14P.2. Búa có thể quay quanh trục quay vuông góc với mặt phẳng hình vẽ tại O, khoảng cách từ điểm đặt tay đến trục quay là 30 cm và khoảng cách từ đầu đinh đến trục quay là 5cm. Xác định lực do búa tác dụng lên đinh. 

Trả lời: 

Để nhổ được cây đinh thì momen lực của ta phải lớn hơn bằng với momen lực của chiếc đinh tạo ra. Kể từ khi chiếc đinh vừa bắt đầu được nhổ thì moment lực của ta( M₁) bằng với moment lực do đầu đinh tạo ra (M₂) :

M₁=M₂=> 150. 0,3= F₂ . 0,05
 => F2= 900 (N)
Tuy nhiên chiếc đinh lại ghim vào bàn 1 góc là 30^o nên lực thực sự do đầu đinh gây ra là: F₂'= F₂/cos30^o = 900/ cos30^o = 1036,23 (N)