A. Tóm tắt lý thuyết
1. Định nghĩa
Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật.
2. Tác dụng của ngẫu lực đối với vật rắn
a) Vật rắn có trục quay cố định
Khi một ngẫu lực tác dụng vào một vật rắn có trục quay cố định thì vật rắn sẽ quay quanh trục cố định.
TH1: Trục quay đi qua trọng tâm
Trục quay của vật rắn không chịu tác dụng của ngẫu lực.
TH2: Trục quay không đi qua trọng tâm
Trọng tâm của vật sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay
Có lực tác dụng vào trục quay làm trục quay biến dạng.
b) Vật rắn không có trục quay cố định
Nếu vật rắn chỉ chịu tác dụng của ngẫu lực thì vật rắn quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
c) Momen ngẫu lực
Momen ngẫu lực đối với trục quay O vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực:
M = F.d
M: Momen ngẫu lực (N.m)
F: Độ lớn của mỗi lực (N)
d: Cánh tay đòn của ngẫu lực (m).
d) Kết luận
Tác dụng của ngẫu lực: Ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật chuyển động quay chứ không làm cho vật chuyển động tịnh tiến.
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: Trang 118 sgk vật lí 10
Ngẫu lực là gì? Nêu một vài ví dụ về ngẫu lực.
Hướng dẫn giải
Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật.
Ví dụ:
Ngẫu lực xuất hiện khi:
- Mở vòi nước
- Văn vô-lăng của ô tô,...
Câu 2: Trang 118 sgk vật lí 10
Nêu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn.
Hướng dẫn giải
1. Trường hợp vật không có trục quay cố định
Thí nghiệm và lí thuyết đều cho thấy nếu vật chỉ chịu tác dụng của một ngẫu lực thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực
2. Trường hợp vật có trục quay cố định
Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay (Hình 21.5). Trục quay phải tạo ra lực liên kết để giữ trọng tâm chuyển động trên quỹ đạo. Nếu vật rắn quay quá nhanh, lực liên kết quá lớn thì trục có thể gẫy.
Vì vậy, khi chế tạo các bộ phận quay của máy móc (như bánh đà, bánh xe ô tô, cánh quạt, vô lăng,...) thì phải làm sao cho trọng tâm nằm đúng trên trục quay.
3. Momen ngẫu lực
M = F.d
Trong đó:
F: độ lớn của mỗi lực (N).
d: khoảng cách giữa hai giá của hai lực gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực (m).
Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay, miễn là trục quay vuông góc với mặt
phẳng của ngẫu lực.
Câu 3: Trang 118 sgk vật lí 10
Viết công thức tính momen của ngẫu lực. Momen của ngẫu lực có đặc điểm gì?
Hướng dẫn giải
M = F.d
Trong đó:
F: độ lớn của mỗi lực (N).
d: khoảng cách giữa hai giá của hai lực gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực (m)
Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay, miễn là trục quay vuông góc với mặt phẳng của ngẫu lực.
Câu 4: Trang 118 sgk vật lí 10
Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5,0 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 20 cm.
Momen của ngẫu lực là:
A. 100 N.m
B. 2,0 N.m
C. 0,5 N.m
D. 1,0 N.m
Hướng dẫn giải
Đáp án D.
Momen của ngẫu lực: M = Fd = 5.0,2 = 1 (N.m).
Câu 5: Trang 118 sgk vật lí 10
Một ngẫu lực gồm hai lực \[\overrightarrow{{{F}_{1}}}\] và \[\overrightarrow{{{F}_{2}}}\] có F1=F2=F và cánh tay đòn d. Momen của ngẫu lực này là
A. (F1−F2).d
B. 2Fd
C. F.d
D. Chưa biết được vì còn phụ thuộc vào vị trí của trục quay
Hướng dẫn giải
Đáp án C.
Momen ngẫu lực này là: M = Fd.
Câu 6: Trang 118 sgk vật lí 10
Một chiếc thước mảnh có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm O của thước. Dùng hai ngón tay tác dụng vào thước một ngẫu lực đặt vào hai điểm A và B cách nhau 4,5 cm và có độ lớn FA=FB=1N (Hình 22.6a SGK)
a) Tính momen của ngẫu lực
b) Thanh quay đi một góc α=30∘. Hai lực luôn luôn nằm ngang và vẫn đặt tại A và B (Hình 22.6b SGK). Tính momne ngẫu lực
Hướng dẫn giải
a)
Áp dụng công thức:
M = Fd= 1. 4,5.10-2
=> M = 45. 10-3 (N.m)
b)
.png)
Momen của ngẫu lực: M = Fd = F.BI
Xét ∆AIB vuông tại I có: \[cos\alpha =\frac{BI}{AB}\]\[\Rightarrow BI=AB\cos \alpha =4,{{5.10}^{-2}}.c\text{os}30=0,039m\]
=> M = F.BI = 1.0,039 = 0,039 (N.m)