Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Bài Tập Vật Lí 10 – Bài 29: Momen của lực. Điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Câu c1 [trang 134 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Khoảng cách từ trục quay tới giá của lực và khoảng cách từ điểm đặt của lực tới trục quay có phải là một không?
Lời giải:
Không
Ví dụ hình bên cho ta thấy d ≠ d’. Khi vectơ F ⊥ đoạn OA thì d=d’.
Câu c2 [trang 134 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Dựa vào quy tắc momen lực, hãy lí giải hiện tượng hai người đẩy cửa ở hình 29.2.
Lời giải:
Vì momen lực có độ lớn bằng tích của lực với cánh tay đòn nên mặc dù chú bé có lực tác dụng nhỏ hơn nhưng cánh tay đòn của lực lớn hơn [hình vẽ cho thấy vị trí điểm đặt lực xa trục quay hơn bố] nên kết quả lực nhỏ có thể cản được lực lớn hơn.
Câu 1 [trang 135 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Khi nào một lực tác dụng vào một vật có trục quay cố định mà không làm cho vật quay?
Lời giải:
Khi giá của lực đi qua trục quay, hoặc giá của lực song song với trục quay
Câu 2 [trang 135 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Nêu định nghĩa momen của một lực nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay.
Lời giải:
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
Đơn vị của momen lực là niutơn mét, kí hiệu là N.m.
Câu 3 [trang 135 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định là gì?
Lời giải:
Muốn cho một vật rắn có trục quay cố định nằm cân bằng thì tổng momen của các lực có khuynh hướng làm vật quay theo một chiều phải bằng tổng momen của các lực có khuynh hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.
Câu 4 [trang 135 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Chứng tỏ rằng momen của một ngẫu lực thì bằng tổng đại số của từng hợp lực thành ngẫu lực đối với một trục bất kì vuông góc với mặt phẳng của ngẫu lực.
Lời giải:
Xét ngẫu lực tác dụng vào vật có trục quay bất kì O:
Momen của lực F1→là: M1 = F1.d1 [1]
Momen của lực F2→là: M2 = F2.d2 [2]
Theo định nghĩa momen của ngẫu lực là: M = F.d [3]
Từ [1] và [2]: Tổng momen của hai lực F1→và F2→là:
M1 + M2 = F1.d1 + F2.d2
Vì F1 = F2 và d1 + d2 = d nên M1 + M2 = F[d1 + d2] = F.d [4]
Như vậy [2] và [4] chứng tỏ momen của một ngẫu lực thì bằng tổng đại số momen của từng lực hợp thành ngẫu lực và khoảng cách giữa hai giá hai lực.
Bài 1 [trang 136 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Ở trường hợp nào sau đây, lực có tác dụng làm vật rắn quay quanh trục?
A. lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và cắt trục quay.
B. lực có giá song song với trục quay
C. lực có giá cắt trục quay
D. lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay.
Lời giải:
Chọn D
Lực có giá nằm trong mặt phẳng vuông góc với trục quay và không cắt trục quay khi đó cánh tay đòn d của lực sẽ khác không nên momen lực khi đó khác không sẽ có tác dụng làm quay vật rắn.
Bài 2 [trang 136 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một thanh chắn đường dài 7,8m, có trọng lượng 210N và có trọng tâm cách đầu bên trái 1,2m [Hình 29.7]. Thanh có thể quay quanh một trục nằm ngang ở cách đầu bên trái 1,5m. Hỏi phải tác dụng vào đầu bên một lực bằng bao nhiêu để giữ thanh ấy nằm ngang?
Lời giải:
Trọng lực P→có tác dụng làm quay thanh theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, lực F→có tác dụng làm quay thanh theo chiều kim đồng hồ.
Chọn chiều quay dương là chiều kim đồng hồ, ta có:
Để thanh nằm cân bằng: -MP→ + MF→ = 0
Hay –P.dp + F.dF = 0
↔ P.dp = F.dF
Bài 3 [trang 136 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Một chiếc búa đinh dùng để nhổ một chiếc đinh [hình 29.8]. Hãy vẽ trục quay của búa, các lực của tay và của đinh tác dụng và búa và cánh tay đòn của hai lực đó.
Lời giải:
Trục quay của búa tại O, dc là cánh tay đòn của vectơ lực Fc→của đinh, dF là cánh tay đòn của vectơ lực F→của tay.
Bài 4 [trang 136 sgk Vật Lý 10 nâng cao]: Thanh OA có khối lượng không đáng kể, có chiều dài 20cm, quay dễ dàng quanh trục nằm ngang O. Một lò xo gắn vào điểm C. Người ta tác dụng vào đầu A của thanh một lực F = 20N hướng thẳng đứng xuống dưới [hình 29.9 SGK]. Khi thanh ở trạng thái cân bằng, lò xo có phương vuông góc với OA, và OA làm thành một góc α = 30o so với đường nằm ngang.
a] Tính phản lực N của lò xo vào thanh.
b] Tính độ cứng k của lò xo, biết lò xo ngắn đi 8cm so với lúc không bị nén.
Lời giải:
a]
Điều kiện để thanh OA nằm cân bằng: MN→ + MF→ = 0
Chọn chiều quay dương là chiều kim đồng hồ: MF > 0, MN < 0.
Suy ra: –N.dN + F.dF = 0.
Với dN = OC = 10cm = 0,1m
dF = OH = OA.cos30o = 0,1732 m
b] Phản lực N của lò xo vào thanh chính bằng lực đàn hồi của lò xo:
Khi dùng tay vặn vòi nước ta đã tác dụng vào vòi nước những lực có đặc điểm gì? khi chế tạo bánh xe, bánh đà, tại sao phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm của các vật đó?
Để giải đáp câu hỏi trên, chúng ta cùng tìm hiểu về ngẫu lực là gì? Momen ngẫu lực có công thức tính như thế nào? Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn ra sao? qua nội dung bài viết dưới đây.
I. Ngẫu lực là gì?
Bạn đang xem: Ngẫu lực là gì? Công thức tính Momen của ngẫu lực và bài tập vận dụng – Vật lý 10 bài 22
1. Định nghĩa ngẫu lực
– Hệ hai lực song song, nguợc chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.
2. Ví dụ về ngẫu lực
– Dùng tay vặn vòi nước ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực
– Dùng tuanơvit để vặn đinh ốc, ta tác dụng vào tuanơvit một ngẫu lực
– Khi ôtô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái
⇒ Như vậy, ngẫu lực tác dụng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến.
II. Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
1. Trường hợp vật không có trục quay cố định
– Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
– Xu hướng chuyển động li tâm của các phần của vật ở ngược phía đối với trọng tâm triệt tiêu nhau nên trọng tâm đứng yên. Trục quay đi qua trọng tâm không chịu lực tác dụng.
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. Khi ấy vật có xu hướng chuyển động li tâm nên tác dụng lực vào trục quay.
– Vì vậy, khi chế tạo các bộ phận quay của máy móc [như bánh đà, bánh xe ô tô,…] thì phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm của bánh đà, bánh xe một cách chính xác nhất.
3. Momen của ngẫu lực
– Đối với các trục quay vuông góc với mặt phẵng chứa ngẫu lực thì mômen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí trục quay và luôn luôn có giá trị:
Trong đó:
F: là độ lớn của mỗi lực [N]
d: là khoảng cách giữa 2 giá của ngẫu lực còn được gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực [m]
M: Momen của ngẫu lực [N.m]
– Momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí của trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.
III. Bài tập về ngẫu lực
* Bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10: Ngẫu lực là gì? Nêu một vài ví dụ về ngẫu lực.
° Lời giải bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Ngẫu lực: là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật.
◊ Ví dụ về ngẫu lực
– Dùng tay vặc vòi nước ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực;
– Khi ô tô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái [vô lăng];
* Bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10: Nêu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn.
° Lời giải bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10:
– Trường hợp vật KHÔNG có trục quay cố định: Ngẫu lực sẽ làm cho vật quay quanh trọng tâm. Nếu có trục quay đi qua trọng tâm thì trục quay này không chịu tác dụng lực.
– Trường hợp vật CÓ trục quay cố định: Ngẫu lực làm cho vật quay quanh trục quay cố định. Trọng tâm cũng quay quanh trục quay, gây ra lực tác dụng lên trục quay đó, có thể làm cho trục quay biến dạng.
* Bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10: Viết công thức tính momen của ngẫu lực. Momen của ngẫu lực có đặc điểm gì?
° Lời giải bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10:
– Công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d
– Đặc điểm [tính chất] của momen ngẫu lực: Momen của ngẫu lực phụ thuộc vào độ lớn của ngẫu lực, vào khoảng cách d giữa hai giá của hai lực, không phụ thuộc vào vị trí trục quay O.
* Bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 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. 100N.m B. 2,0N.m C. 0,5N.m D. 1,0N.m
° Lời giải bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án: D.1,0 N.m
– Áp dụng công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d = 5.0,2 = 1 [N.m].
* Bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10: Một ngẫu lực gồm hai vecto lực F1 và F2 có F1 = F2 = F và có cánh tay đòn d. Momen của ngẫu lực này là
A. [F1 – F2].d.
B. 2Fd.
C. Fd.
D. Chưa biết được vì còn phụ thuộc vào vị trí của trục quay.
° Lời giải bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án: C. Fd.
– Công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d
* Bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 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 = 1 N [Hình 22.6a].
a] Tính momen của ngẫu lực.
b] Thanh quay đi một góc α = 300. Hai lực luôn luôn nằm ngang và vẫn đặt tại A và B [Hình 22.6b]. Tính momen của ngẫu lực
° Lời giải bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 10:
a] Momen của ngẫu lực [4,5cm = 0,045m]: M = F.d = F.AB = 1.0,045 = 0,045 [N.m].
b] Momen của ngẫu lực: M’ = F.BI
– Xét ΔAIB vuông tại I nên có: BI = AB.cosα = 0,045.cos300 = 0,039[m]
⇒ M’ = 1.0,039 = 0,039 [N.m].
Hy vọng với bài viết về Ngẫu lực là gì? Công thức tính Momen của ngẫu lực và bài tập vận dụng ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
Đăng bởi: THPT Sóc Trăng
Chuyên mục: Giáo Dục