A. Tóm tắt lý thuyết
I. Cân bằng của một vật có trục quay cố định - Mômen lực (M)
1. Một vật có trục quay cố định khi tác dụng làm quay của các lực tác dụng lên vật cân bằng lẫn nhau.
2. Mômen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó:
Ta có: M = F.d
Đơn vị của mômen lực là niutơn mét (N.m)
II. Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc mômen lực)
1. Quy tắc: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
2. Quy tắc mômen lực còn được áp dụng cho cả trường hợp vật không có trục quay cố định nếu như trong một tình huống cụ thể nào đó ở vật xuất hiện trục quay.
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: SGK vật lí trang 103:
Momen lực đối với một trục quay là gì? Cánh tay đòn của lực là gì?
Hướng dẫn giải
Khi nào thì lực tác dụng vào một vật có trục quay cố địng không làm cho vật quay?
Momen 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 (N.m)
Trong đó:
M: là momen lực (N.m)
F: lực tác dụng vào vật (N).
d: cánh tay đòn (m), là khoảng cách từ giá của lực đến trục quay.
Lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định không làm cho vật quay khi giá của lực đi qua trục quay.
Câu 2: SGK vật lí 10 trang 103:
Phát biểu điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực).
Hướng dẫn giải
Quy tắc: Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.
Câu 3: SGK vật lí 10 trang 103:
Hãy vận dụng quy tắc momen lực vào các trường hợp sau:
a. Một người dùng xà beng để đẩy một hòn đá (Hình 18.3).
b. Một người cầm càng xe cút kít nâng lên (Hình 18.4).
c. Một người cầm hòn gạnh trên tay (Hình 18.5).
Hướng dẫn giải
a. FA.OA = FB.OB
b. P.d1 = F.d2
với d1, d2 là cánh tay đòn của lực F và trọng lực P.
c. P.d1 = F.d2
với d1, d2 là cánh tay đòn của lực F và trọng lực P.
Câu 4: SGK vật lí 10 trang 103:
Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh (Hình 18.6). Khi người ấy tác dụng một lực 100 N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Hãy tính lực cản của gỗ tác dụng vào đỉnh.
Hướng dẫn giải
Áp dụng quy tắc momen, ta có:
F. d1 = Fc.d2 ⇒\[{{F}_{c}}=F\frac{{{d}_{1}}}{{{d}_{2}}}=100.\frac{20}{2}=100.10=1000\](N)
Câu 5: SGK vật lí 10 trang 103:
Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động của chiếc cân (Hình 18.7)
Hướng dẫn giải
Nguyên tắc hoạt động của chiếc cân dựa vào quy tắc momen.
Áp dụng quy tắc momen: Phộp.d1 = Pquả nặng . d2
Với d1, d2 là cánh tay đòn của trọng lực của hộp và trọng lực của quả nặng.
⇒ mhộp.g.d1 = mquả nặng.g.d2
Vì d1 = d2 nên mhộp = mquả nặng