Giáo án điện tử vật lí 10 chân trời bài 14: Moment lực. Điều kiện cân bằng của vật

BÀI 14. MOMENT LỰC. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA VẬT

1. KHỞI ĐỘNG

Trong trò chơi bập bênh ở hình 14.1, người lớn ở đầu bên trái nâng bổng một bạn nhỏ ở đầu bên phải. Nhưng cũng có khi bạn nhỏ ở đầu bên phải có thể nâng bổng được người lớn ở đầu bên trái. Dựa vào nguyên tắc nào mà bạn nhỏ làm được như vậy?

1. NỘI DUNG BÀI HỌC
2. Khái niệm moment lực.
3. Moment ngẫu lực
4. Quy tắc moment
5. Vận dụng quy tắc moment
6. Điều kiện cân bằng của vật.

1. PHẦN TRIỂN KHAI KIẾN THỨC
2. Khái niệm moment lực.

Thảo luận nhóm: hãy đọc và trả lời Thảo luận 1 SGK trang 87

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

Trả lời:

Khi lực tác dụng vào cửa có hướng phù hợp thì lực này làm cánh cửa quay. Cụ thể trong hình 14.2, cửa quay quanh tâm là bản lề, hướng vào phía trong phòng.

Em hãy trả lời câu hỏi

Câu hỏi. Có ý kiến cho rằng việc làm cho vật quay phụ thuộc vào yếu tố duy nhất là độ lớn của lực tác dụng vào vật. Em có đồng ý với kiến trên không?

Trả lời:

Ý kiến đó không đúng. Vì ngoài phụ thuộc vào độ lớn của lực tác dụng thì việc làm cho vật quay còn phụ thuộc vào giá của lực.

Thảo luận nhóm: hãy đọc và trả lời Thảo luận 2, 3 SGK trang 87

Thảo luận 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:

+ Tác dụng lực như ở hình 14.4a SGK thì không làm bu lông quay.

+ Tác dụng lực như ở hình 14.4b,c SGK thì làm bu lông quay. Trong đó, lực ở hình 14.4c dễ làm cho bu lông quay hơn.

=> Kết luận: Bu lông càng dễ quay trong các trường hợp

+ Khi điểm đặt lực cố định (Hình 14.4b): Độ lớn của lực tác dụng lên cờ lê càng lớn.

+ Khi giữ lực có độ lớn không đổi: Điểm đặt lực càng xa trục quay.

Thảo luận 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 có phương song song với trục quay thì không làm cho vật quay.

=> Kết luận: Tác dụng làm quay vật của lực phụ thuộc vào phương của lực và khoảng cách d từ trục quay đến giá của lực, gọi là cánh tay đòn.

Kết luận
Moment lực đối với một 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 (14.1)

Trong hệ SI, đơn vị của moment lực là N.m

Thảo luận nhóm: hãy đọc nội dung Luyện tập SGK trang 88 và trả lời câu hỏi

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

Trả lời:

Đổi 20 cm = 0,2 m

+ Cánh tay đòn:

d = l.sin = 0,2.sin0,0684 (m)

+ Độ lớn của moment lực:

M= F.d= 50. 0,0684=3,42 (N.m)

2. Moment ngẫu lực

Em đọc nội dung Thảo luận 4 – SGk trang 89 và trả lời câu hỏi

Thảo luận 4: 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:

14. Cặp lực tác dụng lên vòi nước và vô lăng là như trong hình 14.6a,b.
15. Tính chất của các cặp lực: hai lực song song, ngược chiều, có cùng độ lớn. Các vật đang xét đang thực hiện chuyển động quay quanh trục của nó.

Kết luận:

Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật được gọi là ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực, chỉ có chuyển động quay của vật bị biến đổi.

Em hãy trả lời câu hỏi Thảo luận 5 SGk trang 89

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

TL:

Không thể xác định được lực tổng hợp của ngẫu lực. Vì theo khái niệm, lực tổng hợp phải là một lực duy nhất đại diện cho tất cả các lực thành phần. Dưới tác dụng của lực tổng hợp, vật có tính chất chuyển động như khi chịu tất cả các lực thành phần. Do ngẫu lực là 2 lực ngược chiều, bằng độ lớn nên lực tonge hợp nếu có thì phải bằng 0, khi đó tác dụng làm quay vật sẽ không còn. Đây là điều phi lí.

=> Ngẫu lực không có lực tổng hợp.

Quan sát hình ảnh

  tác dụng vào vô lăng có cánh tay đòn lần lượt là .

Khi đó cánh tay dòn của ngẫu lực là d =.

=> Moment của ngẫu lực đối với trục quay đi qua điểm O (Tâm của vô lăng) được xác định:

M= ( 14.2)

Lưu ý:

Dưới tác dụng của ngẫu lực, chuyển động quay của vật bị thay đổi. Vật sẽ quay:

- Quanh một trục cố định như các vật trong hình 14.6a,b.

- Quanh một trục qua trọng tâm đối với vật tự do như hình 14.6c.

Em hãy đưa ra ví dụ về ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống.

Trả lời:

Ví dụ về ứng dụng của ngẫu lực trong đời sống: 

+ Ngẫu lực tác dụng lên tuanovit khi vặn đinh ốc vào một tấm gỗ.

+ Ngẫu lực tác dụng lên ghi  đông xe đạp khi điều khiển xe.

3. Quy tắc moment