Vật Lý 10 Cánh diều Bài 6: Mômen lực. Điều kiện cân bằng của vật

- Quan sát hình dưới đây:

Tổng hợp hai lực song song

- Hợp lực của hai lực song song, cùng chiều là một lực song song, cùng chiều với hai lực ấy và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực thành phần:

\(F = {F_1} + {F_2}\)

- Điểm đặt O của F chia đoạn thẳng nối điểm đặt O₁, O₂ của F₁, F₂ thành những đoạn thẳng tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy:

\(\frac{{O{O_1}}}{{O{O_2}}} = \frac{{{F_2}}}{{{F_1}}}\)

- Sử dụng quy tắc tổng hợp lực song song, cùng chiều co thể giúp xác định được trọng tâm của một vật.

- 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): \(M = F.d\)

- Đơn vị của mômen lực là Niutơn.mét (N.m)

Thanh quay quanh trục O dưới tác dụng của lực

- Ví dụ về momen lực trong thực tế: Mômen sinh ra do lực của người thợ tác dụng lên cờ lê như hình dưới đây:

Thợ máy dùng cờ lê vặn ốc

- Lực có giá đi quay trục quay thì không có tác dụng làm quay vật.

- Để tạo thành một ngẫu lực, hai lực phải:

+ Tác dụng vào cùng một vật.

+ Song song, nhưng ngược chiều.

+ Có giá cách nhau một khoảng d

+ Bằng nhau về độ lớn: F₁ = F₂ = F

- Ngẫu lực chỉ có tác dụng làm quay vật.

- Tác dụng làm quay của cặp lực này được gọi là mômen của ngẫu lực và có thể tính được bằng tổng các mômen của mỗi lực đối với trục quay. Kết quả tính mômen của ngẫu lực bằng: \(M = F.d\)

- Kết quả tính mômen của một lực thì phụ thuộc vào vị trí trục quay.

- Giá của lực càng xa trục thì mômen càng lớn.

- Mômen của ngẫu lực thì chỉ phụ thuộc vào khoảng cách giữa giá của hai lực, không phụ thuộc vào điểm đặt của mỗi lực tác dụng hay vị trí trục quay của vật.

Ví dụ về ngẫu lực

Sử dụng khoan để khoan đồ vật	Vặn vòi nước

a. Quy tắc mômen lực

- Một vật có trục quay cố định sẽ cân bằng khi tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ bằng với tổng các mômen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

Lực F1 có tác dụng làm quay ngược chiều kim đồng hồ

Lực F2 có tác dụng làm quay cùng chiều kim đồng hồ

b. Điều kiện cân bằng của vật

- Một vật cân bằng khi không có gia tốc (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều) và không quay.

- Một vật ở trạng thái cân bằng khi thỏa mãn đồng thời hai điều kiện sau đây:

+ Hợp lực tác dụng lên vật bằng không.

+ Tổng mômen của các lực tác dụng lên vật đối với trục quay bất kì bằng không.

Bài tập 1: Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định là gì?

Hướng dẫn giải:

Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay có định là tổng momen của các lực làm vật quay theo một chiều phải bằng tổng momen của các lực làm vật quay theo chiều ngược lại.

Bài tập 2: Xác định vị trí trọng tâm của bản mỏng đồng chất trong hình sau:

Hướng dẫn giải:

Ta chia bản mỏng ra thành hai phần. Trọng tâm của các phần này nằm tại O₁, O₂ như hình vẽ.

Gọi trọng tâm của bản là O, là điểm đặt của hợp các trọng lực \({\vec P_1};{\vec P_2}\) của hai phần hình chữ nhật.

Theo quy tắc hợp lực song song cùng chiều: \(\frac{{O{O_1}}}{{O{O_2}}} = \frac{{{P_2}}}{{{P_1}}} = \frac{{{m_2}}}{{{m_1}}}\)

Bản đồng chất khối lượng tỉ lệ với diện tích: \(\frac{{{m_2}}}{{{m_1}}} = \frac{{{S_2}}}{{{S_1}}} = \frac{{50.10}}{{30.10}} = \frac{5}{3}\)

Ngoài ra: \({O_1}{O_2} = O{O_1} + O{O_2} = \frac{{60}}{2} = 30\,cm\)

Từ các phương trình: \(O{O_1} = 18,75\,cm;\,\,O{O_2} = 11,25\,cm\)

Suy ra trọng tâm cách mép trái đoạn: \(11,25 + \frac{{60 - 10}}{2} = 36,25\,cm\)

Bài tập 3: Một người nông dân dùng quang gánh, gánh 2 thúng, thúng gạo nặng 30 kg, thúng ngô nặng 20 kg. Đòn gánh có chiều dài l,5 m. Hỏi vai người nông dân phải đặt ở điểm nào để đòn gánh cân bằng, khi đó vai chịu một lực là bao nhiêu? Bỏ qua trọng lượng của đòn gánh lấy g = 10 m/s².

Hướng dẫn giải:

Gọi d₁ là khoảng cách từ điểm treo thúng gạo đến vai, với lực:

P = m₁g = 30.10 = 300 (N)

d₂ là khoảng cách từ điểm treo thúng ngô đến vai: d₂ = 1,5 – d₁, với lực:

P₂ = m₂g = 20.10 = 200 (N)

Áp dụng công thức:

P₁.d₁ = P₂.d₂ ⇒ 300d₁ = (1,5 – d₁).200 ⇒ d₁ = 0,6 (m ) ⇒ d₂ = 0,9 (m)

Vì hai lực song song cùng chiều, nên hợp lực tác dụng vào vai là: 

F = P₁ + P₂ = 300 + 200 = 500 N

Sau bài học này, học sinh sẽ nắm được:

- Thảo luận để thiết kế hoặc lựa chọn và thực hiện phương án tổng hợp được hai lực song song bằng dụng cụ thực hành.

- Nêu được khái niệm mômen lực, mômen ngẫu lực; Nêu được tác dụng của ngẫu lực lên một vật chỉ làm quay vật.

- Phát biểu và vận dụng quy tắc mômen cho một số trường hợp đơn giản trong thực tế.

- Thảo luận để rút ra được điều kiện để vật cân bằng: lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng không và tổng mômen lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng không.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật Lý 10 Cánh diều Chủ đề 2 Bài 6 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật Lý 10 Cánh diều Chủ đề 2 Bài 6 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 71 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 1 trang 71 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 2 trang 72 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Thực hành trang 72 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Vận dụng 1 trang 72 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 3 trang 73 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Luyện tập 1 trang 73 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 4 trang 73 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 5 trang 74 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 6 trang 74 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 7 trang 74 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Luyện tập 2 trang 75 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Câu hỏi 8 trang 75 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Vận dụng 2 trang 75 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Tìm hiểu thêm trang 75 SGK Vật Lý 10 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!